Mức độ đạt chuẩn quy địnhCĐRTrọngsốTiêu chí đánh giáĐiểm0-3.9Điểm 5.5-6.9Điểm 7.0-8.4Điểm 8.5-10- Sản phẩm khôngvận hành đượctheo 100%yêu cầu.theo 100%yêu cầu.- Sảnphẩmchưa ổnđịnh- Sản p
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Sang 20010682 K14_TĐH1 Giảng viên hướng dẫn: TS Lương Văn Sử Khoa Điện-Điện tử
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA
TIỂU LUẬN:
PROJECT MÔN HỌC
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH HẠ ÁP 7-12 VDCXUỐNG 5 VDC SỬ DỤNG 7812
Nguyễn Đình Sang K14-TĐH1 20010682
Giảng viên hướng dẫn: TS Lương Văn Sử
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
Chúng em xin cam đoan rằng đồ án: “Thiết kế và chế tạo mạch chống trộmbằng tia laser” do chính nhóm em thực hiện và không sao chép từ bất kỳ nguồntài liệu nào khác Tất cả các thông tin, dữ liệu, và ý kiến được trình bày trongbáo cáo này đều được nhóm thu thập và phân tích một cách trung thực, chínhxác và độc lập Nhóm em xin cam đoan đã tuân thủ tất cả các quy định, quy tắc,hướng dẫn của giảng viên hướng dẫn và tham khảo một số tài liệu có nguồn gốcrõ ràng trong quá trình thực hiện đồ án này.
Sinh viên thực hiện
(Ký, ghi rõ họ tên)
Nguyễn Đình Sang
Trang 4RUBIC BÁO CÁO/TIỂU LUẬNMức độ đạt chuẩn quy định
CĐRTrọngsốTiêu chí
đánh giáĐiểm(0-3.9)
Điểm (5.5-6.9)
Điểm (7.0-8.4)
Điểm (8.5-10)
Điều kiệntiên quyết
Báo cáo, sản phẩm phần cứng phải do bản thân sinh viên/nhóm sinh viên thực hiện Nếu có dấu hiệu copy,thuê làm Đồ án hoặc đạt được sản phẩm nhưng khôngnắm được nội dung/kết quả, hoặc không đạt được tiếnđộ (TC2<4.0 điểm) thì sinh viên bị 0 điểm Thi KTHP.
- Không trình bày hình thức báo cáo theo yêu cầu của 1báo cáo khoa học.- Có lỗi chính tả.- Chưa trình bày logic nội dung liên quan lĩnh vực đề tài.
- Trình bày hình thức báo cáo theoyêu cầu.- Có lỗi chính tả.- Chưa trình bày logic nội dung liên quan lĩnh vực đề tài.
- Hoàn thiện về hình thứcbáo cáo.- Không có lỗi chính tả.- Trình bàylogic các nội dung liên quan lĩnh vực thuộc đề tài.
3.1 20%
- SVkhông đạt tiếnđộ về nội dung thực hiệnđượcgiao.
- Sinh viên nộp quyển báo cáođúng hạn.- Có sảnphẩm theo yêu cầu.
- SV nộpbáo cáo đúng hạn.- Có sản phẩm vận hànhđược.- Sảnphẩmkhôngđúng
- SV nộpbáo cáo đúng hạn.- Có sản phẩm vận hànhđược.- Sảnphẩmkhôngđúng
- SV nộp báo cáo đúng hạn.- Có sản phẩm vận hành được.- Sản phẩmđạt 100% yêu cầu.
20%
Trang 5Mức độ đạt chuẩn quy định
CĐRTrọngsốTiêu chí
đánh giáĐiểm(0-3.9)
Điểm (5.5-6.9)
Điểm (7.0-8.4)
Điểm (8.5-10)
- Sản phẩm khôngvận hành được
theo 100%yêu cầu.
theo 100%yêu cầu.- Sảnphẩmchưa ổnđịnh
- Sản phẩmvận hành ổn định.
- Khôngtham gianhóm.- Khônggiải quyếtđược các vấn đề thuộcphạm viđề tài dựa trênlàm việcnhóm.
- Dưới40%thành viên tham gia thựchiện đề tài.- Giảiquyếtchưa tốtcác vấn đề thuộcphạm viđề tài dựa trênlàm việcnhóm
- Từ 41% đếndưới 60%thành viên tham giathực hiện đề tài.- Giải quyết cơbản các vấn đề thuộc phạm viđề tài dựa trênlàm việcnhóm.
- Từ 60% đếndưới 85%thành viên tham giathực đề tài.- Giảiquyếttươngđối tốtcác vấn đề thuộcphạm viđề tài dựa trênlàm việcnhóm.
- 100%thành viêntham gia thực hiện.- Giải quyết được100% các vấn đề thuộc phạm
vi đề tài 4.1 20%
TC4Cơ sởlý thuyết
- Giải thích được vai trò của các linh kiện trong cácmạch điện tử thuộc phạm vi đề tài (50%).
- Mô tả được phương thức/giao thức kết nối giữa cáclinh kiện điện tử trong phạm vi đề tài (50%).
1.1 20%
Trang 6Mức độ đạt chuẩn quy định
CĐRTrọngsốTiêu chí
đánh giáĐiểm(0-3.9)
Điểm (5.5-6.9)
Điểm (7.0-8.4)
Điểm (8.5-10)
TC5Chất lượng sản phẩm
- Thiết kế được sản phẩm bao gồm mạch nguyên lý và mạch in để có được sản phẩm hoạt động ổn định (20%)- Sản phẩm có bố cục các linh kiện, thiết bị trực quan vàcó tính thẩm mỹ (20%).
- Sản phẩm có đầy đủ các thành phần hệ thống theo môtả (20%).
- Làm rõ được những vấn đề cần giải quyết các vấn đề thuộc phạm vi đề tài (giao thức truyền thông, ứng dụngthực tiễn…) (20%).
- Trả lời được các vấn đề do giảng việt đặt câu hỏi trongcác lĩnh vực thuộc phạm vi đề tài (20%).
2.1 20%
Trang 7TIẾN ĐỘ THỰC HIỆNI)Thành viên nhóm
- Họ và tên: Nguyễn Đình Sang- Mã SV: 20010682
- Lớp: K14 – TĐH1- Trường Đại học Phenikaa.- Nơi ở: Hà Nội
II) Phân công nhiệm vụ
Nguyễn Đình Sang Tìm hiểu đề tài, tìm hiểu linh kiện, thiết kế mạch nguyên lý, làm phần cứng mạch.
Đạt
Trang 8II)Tiến độ thực hiện
- Tìm hiểu các sản phẩm đã được ứng dụng trong thực tế- Phân tích yêu cầu đề tài- Các kiến thức cần có để phụcvụ nghiên cứu đề tài
- Thiết kế sơ đồ khối
Từ ngày 15/4/2024 đến
ngày 22/4/2024 Hoàn thành
- Thiết kế mạch nguyên lý các khối, phân tích chức năng, phần tử và nguyên tắc làm việccủa mạch.
- Tính toán, lựa chọn linh kiệnthực tế.
- Viết báo cáo kết quả
- Viết báo cáo kết quả
Từ ngày 02/5/2024 đến
ngày 30/6/2024 Hoàn thành
- Thiết kế mạch in- Lắp ráp, kiểm tra mạch vàhiệu chỉnh
- Hoàn thành báo cáo và chuẩnbị bảo vệ
Trang 9III) Đánh giá tiến độ thực hiện
Điểm chấm tiến độ: … Điểm (Dưới 4 điểm là không đạt, các tiêu chí còn lại mặc định chấm 0 điểm).
GIẢNG VIÊN
(Ký, ghi rõ họ tên)
Trang 10MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 13
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 13
ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 13
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 13
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 14
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14
GIỚI HẠN 14
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 16
1.1 LINH KIỆN VÀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG 16
Trang 1212DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1 1: Cấu tạo laser [1] 16
Hình 1 2: Bước sóng của laser và ánh sáng thường [1] 17
Hình 2 2: Sơ đồ nguyên lý mô phỏng trên Proteus 26
Hình 2 3: Sơ đồ mô phỏng mạch in đi dây trên Proteus 27
Hình 2 4: Sơ đồ bố trí linh kiện và đi dây 28
Hình 3 1: Mạch 3D 32
Hình 3 2: Mạch hoàn thiện 33
Trang 13Mạch hạ áp từ 7-12 VDC xuống 5 VDC là một ứng dụng phổ biến trongnhiều thiết bị điện tử, giúp cung cấp điện áp ổn định cho các vi điều khiển, cảmbiến, và các mạch tích hợp khác.
IC 7812 là một bộ ổn áp phổ biến và dễ sử dụng, giúp giảm bớt các vấnđề về thiết kế phức tạp và đảm bảo hiệu suất ổn định Việc sử dụng 7812 cũnggiúp bảo vệ mạch khỏi các biến động điện áp không mong muốn.
Tính thực tiễn: thiết kế và chế tạo mạch hạ áp sử dụng 7812 là một bài tậpthực tiễn tốt cho sinh viên học các môn điện tử và điều khiển tự động Nó giúpcủng cố kiến thức về các khái niệm như điều chỉnh điện áp, bảo vệ mạch, vàcách sử dụng các linh kiện điện tử cơ bản
ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Ở bài tiểu luận này nội dung nghiên cứu của nhóm chúng em tập trung vào: Tìm hiểu nguyên lý điều chỉnh điện áp, cách hoạt động của mạch điều chỉnh và
cách đảm bảo điện áp ra ổn định bằng IC 7812. Nghiên cứu và làm mạch mô phỏng hoàn chỉnh.
Trang 14MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Mục tiêu chính của đồ án này là thiết kế và xây dựng một mạch hạ áp hiệuquả Dưới đây là những mục tiêu cụ thể:
Trang 15 Thiết kế và chế tạo mạch hạ áp hiệu quả: Xây dựng một mạch hạ áp từ 7-12 VDC xuống 5 VDC sử dụng IC 7812 với hiệu suất cao và độ ổn định tốt.
Đảm bảo điện áp ra ổn định: Đảm bảo rằng mạch hạ áp cung cấp điện áp ra ổn
định và chính xác, bất kể sự biến đổi của điện áp vào trong khoảng 7-12 VDC.
Tìm hiểu và ứng dụng các linh kiện điện tử: Hiểu rõ cấu tạo, chức năng và
cách sử dụng các linh kiện điện tử như IC 7812, tụ điện, điện trở, diode, và cuộn cảm trong việc thiết kế mạch hạ áp.
Tối ưu hóa thiết kế mạch: Tối ưu hóa thiết kế để đảm bảo mạch có kích thước
nhỏ gọn, tiết kiệm năng lượng và dễ dàng lắp đặt.
Kiểm tra và đánh giá hiệu suất: Thực hiện các phép đo và kiểm tra để đánh
giá hiệu suất của mạch hạ áp, bao gồm điện áp ra, dòng điện ra, nhiệt độ hoạt động,và khả năng chịu tải.
Phát triển kỹ năng thực hành: Phát triển các kỹ năng thực hành về thiết kế,
lắp ráp, và kiểm tra mạch điện tử, bao gồm kỹ thuật hàn và lắp ráp các linh kiện điện tử.
Ứng dụng thực tiễn: Đánh giá khả năng ứng dụng thực tiễn của mạch hạ áp
trong các thiết bị điện tử và hệ thống điều khiển tự động, và đề xuất các cải tiến nếu cần thiết.
Tăng cường hiểu biết về điều chỉnh điện áp: Nâng cao hiểu biết về nguyên lý
điều chỉnh điện áp và các phương pháp để bảo vệ mạch khỏi các biến động điện áp không mong muốn.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Đề tài: Thiết kế mạch chống trộm bằng tia laser có các nội dung chính sau: Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của mạch hạ áp.
Các giải pháp thiết kế mạch. Lắp ráp mô hình hệ thống Đánh giá kết quả thực hiện Viết báo cáo đồ án.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Do đây là một đồ án sản phẩm, nên nhóm chúng em đã áp dụng phươngpháp nghiên cứu lý thuyết, nghiên cứu thực nghiệm trực tiếp trên sản phẩm thật,
Trang 1616chạy thử và hoàn thiện chương trình.
GIỚI HẠN
Đề tài: “thiết kế mạch hạ áp bằng IC 7812” có những giới hạn sau: Thiết kế mạch hạ áp sử dụng ic 7812
Nhận biết kết quả qua khối thông báo
Sử dụng phần mềm proteus để thiết kế mạch mô phỏng
Trang 1717 Làm mạch in hoàn thành phần cứng đồ án
Trên cơ sở lý thuyết đã được học và trong phạm vi bài tiểu luận nhómchúng em đã thực hiện bài tiểu luận có đề tài: “thiết kế mạch hạ áp 7-12 VDCxuống 5 VDC sử dụng ic 7812” dưới sự hướng dẫn của giảng viên hướng dẫn.Mục tiêu chính của đề tài là thiết kế được một mạch hạ áp sử dụng IC 7812.
Nhóm chúng em đã cố gắng để hoàn thành đề tài này một cách hoàn chỉnhnhất, tuy nhiên vì kiến thức của chúng em còn hạn chế, khả năng tiếp thu thực tếcòn nhiều khó khăn và thời gian chuẩn bị không có nhiều, vì vậy đề tài khôngtránh khỏi những thiếu sót Mặc dù đã thiết kế được một mạch điện nhưng vẫncòn mang tính lý thuyết và chưa có sự sáng tạo Chúng em rất mong những ýkiến đóng góp và sửa chữa của thầy cô để hoàn thiện và rút ra những kinhnghiệm quý báu.
Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Lương Văn Sửđã hướng dẫn, giảng dạy, chỉ bảo và truyền đạt cho chúng em những kiến thứcquý báu trong suốt thười gian chúng em làm đồ án.
Trang 18Hinh 1 3: Diode Zender 5V
Trang 19Hinh 1 4: Sơ đồ chân của diode Zender 5V
Khi nhìn vào diode Zender thì nó được cấu tạo bởi các lớp bán dẫn N và P được khuếch tán với nhau Vùng tiếp giáp được phủ một lớp silicon dioxide (SiO2 ) Đồng thời trong quá trình thiết kế, toàn bộ tổ hợp được mạ kim loại để tạo ra kết nối cực dương và cực âm.
Thông số kỹ thuật Diode Zender [2]:
Vz: Điện áp Zener : Là điện áp được ghim không đổi khi điện áp đầu vào thay đổi trong 1 giới hạn nhất định.
Iz max: Dòng điện định mức tối đa cho phép Thường tính toán chọn dòng thực tế bằng 1/5 dòng danh định để thiết bị hoạt động tốt Ví dụ Diode Zenerđó cho dòng 200mA, ta chỉ nên thiết kế mạch với dòng 40mA chạy qua là được nhé.
Iz min: Dòng điện tối thiểu để diode bị đánh thủng.Thường là 5mA – 10mA.
Pz: Công suất tối đa mà diode Zener tiêu thụ Các giá trị thường gặp là400mW, 500mW, 1 W và 5W Đối với Diode Zener loại linh kiện dán thường là 200mW, 350mW, 500mW và 1 W.
1.1.2 Điện trở
Điện trở là một linh kiện điện tử thụ động với 2 lớp tiếp điểm kết nối Mộtsố chức năng chính của điện trở có thể kể đến là: Dùng để điều chỉnh mức độcủa tín hiệu, hạn chế được việc cường độ dòng điện chảy trong mạch, điện trởcòn dùng để chia điện áp, kích hoạt các linh kiện điện tử chủ động ví dụ nhưtransistor, tiếp điểm cuối trong đường truyền điện, [3]
Trang 20Do cấu tạo của các chất bán dẫn khác nhau mà tạo ra ánh sáng có bướcsóng khác nhau Hay nói cách khác là tạo ra ánh sáng đơn sắc có màu khác nhau.[4].
Hinh 1 6: Còi báo buzzer
Trang 211.1.4 Tụ điện
Capacitor hay tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động, gồm hai bản cựcđặt song song và ngăn cách nhau bởi lớp điện môi Khi xảy ra sự chênh lệchđiện thế tại hai điểm bề mặt thì các bản bề mặt sẽ xuất hiện điện tích có cùngđiện lượng nhưng trái dấu nhau Tụ điện có tính chất cách điện với dòng 1 chiềunhưng lại cho dòng điện xoay chiều đi qua theo nguyên lý phóng nạp Capacitorthường được sử dụng trong các mạch điện tử như: mạch lọc nguồn – lọc nhiễu,mạch tạo dao động hay mạch truyền tín hiệu xoay chiều… [5].
Hinh 1 7: Tụ điện
Cấu tạo của tụ điện gồm ít nhất hai dây dẫn điện (thường ở dạng tấm kimloại như giấy bạc, màng mỏng, ) Hai bề mặt kim loại này được đặt song songvới nhau và được ngăn cách bởi một lớp điện môi Điện môi sử dụng cho tụ điệnlà các chất không có tính dẫn điện như thủy tinh, giấy, giấy tẩm hóa chất, mica,gốm, màng nhựa hoặc không khí Vai trò của lớp điện môi là nhằm tăng khảnăng tích trữ năng lượng điện của tụ điện.
Tụ điện hoạt động dựa trên 2 nguyên lý đó là nguyên phóng nạp vànguyên lý xả nạp Cụ thể như sau:
- Nguyên lý phóng nạp: Là khả năng tích trữ năng lượng điện tương tựmột ắc quy nhỏ dưới dạng điện trường Thiết bị tụ điện có thể lưu trữ hiệu quảcác electron (nhưng không tự sinh ra các electron), sau đó phóng ra điện và tạothành dòng điện.
Trang 22- Nguyên lý nạp xả: Nhờ có tính chất nạp xả mà tụ điện có khả năng dẫnđiện xoay chiều Khi điện áp giữa 2 bản mạch của tụ điện bị thay đổi đột ngột dohành động cắm nạp hoặc xả tụ thì hiện tượng tia lửa điện sẽ xảy ra do dòng điệntăng vọt [5].
1.1.5 IC 7812 Cấu tạo
Định nghĩa: IC 7812 (LM7812) được hiểu theo là một trong những dòngIC ổn áp có tác dụng dùng để ổn định điện áp 12V đầu ra, với đầu vào Max( cực đại ) là 36V, Min ( cực tiểu ) là 15V Với IC 7812 hiện nay được kết hợpcác chức năng như: bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ quá nhiệt và giữ các linh kiệntranzito công suất trong mạch làm việc ở mức an toàn nhất Tránh trường hợpmạch có vấn đề nhưng không phá hủy IC [6].
Trang 24 Sơ đồ chân của IC NE555:
Hinh 1 9: Sơ đồ chân của ic 7812 [6]
- Chân 1 (GND): Chân nối GND để giúp cung cấp dòng cho IC hay cònđược gọi là mass chung.
- Chân số 2 (TRIGGER): Được biết đến là chân đầu vào thấp hơn so vớiđiện áp so sánh và được sử dụng giống như 1 chân chốt của một tần số áp.Mạch so sánh ở đây được sử dụng là các Transistor PNP với điện ápchuẩn là ⅔ Vcc.
- Chân số 3 (OUTPUT): Đây là chân được lấy tín hiệu logic đầu ra Trạngthái tín hiệu ở chân số 3 này được xác định ở mức thấp (mức 0) và mứccao (mức 1) [6].
1.2 KẾT LUẬN CHƯƠNG
Ở chương này nhóm đã trình bày về cơ sở lý thuyết cơ bản về đề tài, giớithiệu và tìm hiểu về ic 7812, linh kiện và thiết bị sử dụng Chương tiếp theonhóm chúng em sẽ trình bày về thiết kế và thi công hệ thống.
Trang 25CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG2.1 MÔ TẢ HỆ THỐNG
2.1.1 Giới thiệu
Mạch hạ áp sử dụng IC 7812 là một giải pháp đơn giản và hiệu quả đểchuyển đổi điện áp từ nguồn DC cao hơn xuống mức điện áp ổn định và thấphơn Với khả năng điều chỉnh điện áp đầu vào từ 7-12 VDC xuống 5 VDC, hệthống này trở thành lựa chọn lý tưởng cho nhiều ứng dụng điện tử Trong dự ánnày, chúng em đã thiết kế một mạch hạ áp từ 7-12 VDC xuống 5 VDC sử dụngIC 7812 Hệ thống này có thể hoạt động như một hệ thống độc lập, cung cấpnguồn điện ổn định cho các thiết bị điện tử, giúp chúng hoạt động hiệu quả vàbền bỉ Mạch hạ áp sử dụng IC 7812 không chỉ đơn giản và hiệu quả mà còn tiếtkiệm chi phí, phù hợp cho nhiều ứng dụng thực tế.
Trang 262.3 THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ
Mạch chống trộm sử dụng một cảm biến laser được đặt ở các vị trí trongkhu vực cần bảo vệ Khi không có sự xâm nhập, tín hiệu phản xạ từ các vậttrong khu vực sẽ ổn định và không có sự thay đổi đáng kể Tuy nhiên, khi có sựxâm nhập xảy ra, ví dụ như một người đi vào khu vực bị bảo vệ, tia laser sẽ bịche khuất hoặc phản xạ bị thay đổi Các cảm biến laser gửi tín hiệu về khối xửlý, nơi
Trang 27mà tín hiệu được phân tích và so sánh với các giá trị ngưỡng đã được định trước.Nếu tín hiệu vượt qua giá trị ngưỡng hoặc có sự thay đổi đáng kể, khối xử lý sẽxác định rằng có sự xâm nhập xảy ra Sau khi xác định sự xâm nhập, khối xử lýcó thể kích hoạt các biện pháp bảo vệ như cảnh báo âm thanh.
Hình 2 2: Sơ đồ nguyên lý mô phỏng trên Proteus
2.3.1 Khối nguồn
Khối nguồn là khối quan trọng và nó cung cấp nguồn cho toàn bộ hoạtđộng hệ thống bao gồm: khối xử lý trung tâm, khối cảm biến và khối thông báo.Nguồi nuôi thường duy trì ổn định ở mức +5V Do yêu cầu cao của hệ thống cácnguồn nuôi thường được chế tạo một cách đặc biệt nhằm đem lại hiệu quả, vàtính ổn định cao Thông thường có 2 kiểu nguồn chính: Dùng pin hoặc ắc quycho điện áp tương đối ổn định, mặc dù trên thị trường không có loại pin hoặc ắcquy chuẩn 5V cho nên nếu dùng nó thì phải qua một bộ biến đổi điện áp để đưađiện áp về dạng chuẩn hơn nữa trong quá trình sử dụng, năng lượng trong pin, ắcquy hết đi hệ thống sẽ bị gián đoạn Để cung cấp nguồn nuôi cho cả hệ thốngnhóm sự dụng nguồn 9V Trên thực tế để có nguồn điện đáng tin cậy người tahay dùng phương pháp ổn áp điện áp một chiều từ cuộn sơ cấp của biến áp saukhi đã chỉnh lưu bằng cách sử dụng IC ổn áp 7805 Các tụ trong mạch có nhiệmvụ lọc nhiễu, đèn LED có nhiệm vụ báo nguồn.