BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH
ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
MẠCH CẢNH BÁO CHÁY SỬ DỤNG CẢM BIẾN NHIỆT VÀ OAMP
Giảng viên hướng dẫn: VÕ THỊ BÍCH NGỌC
Sinh viên thực hiện: PHAN TRƯỜNG VĂNMã SV: 2287901169
Lớp: 22DDTA1
Tp.HCM, ngày … tháng … năm …
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
Trang 2ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
MẠCH CẢNH BÁO CHÁY SỬ DỤNG CẢM BIẾN NHIỆT VÀ OAMP
Giảng viên hướng dẫn: VÕ THỊ BÍCH NGỌC
Sinh viên thực hiện: PHAN TRƯỜNG VĂNMã SV: 2287901169
Lớp: 22DDTA1
Tp.HCM, ngày … tháng … năm …
Trang 3VIỆN KỸ THUẬT HUTECH
PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI
TÊN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰNGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm……): 01
(1) Phan Trường Văn MSSV: 2287901169 Lớp: 22DDTA1
2 Tên đề tài: Thiết kế mạch cánh báo cháy sử dụng cảm biến nhiệt và OPAMP3 Các dữ liệu ban đầu:
- Tìm hiểu tổng quan về đề tài đồ án, mục tiêu thiết kế
- Thiết kế sơ đồ khối cho mô hình “Thiết kế mạch cánh báo cháy sử dụng cảmbiến nhiệt và OPAMP”
- Tìm hiểu datasheet của các linh kiện dùng để thiết kế mạch nguyên lý chi tiếtgồm: Vi mạch nguồn ổn áp 7806, TRANSISTOR C1815, TRANSISTOR A1015,Diode 1N4007,Nhiệt trở âm, ICLM358 …
4 Nội dung nhiệm vụ:
- Thiết kế, tính toán giá trị, lựa chọn linh kiện để thi công mô hình thực tế
- Mô phỏng nguyên lý hoạt động của mạch trên phần mềm mô phỏng (Protues,Orcad, Multisim,…)
- Thi công mô hình phần cứng- Viết báo cáo đồ án.
5 Kết quả tối thiểu phải có:
1) Báo cáo đồ án.
2) Mô hình mạch thi công (Sơ đồ nguyên lý chi tiết; Mạch PCB)Ngày giao đề tài: 12/ 03/ 2024 Ngày nộp báo cáo: 31/05/2024
Sinh viên thực hiện
(Ký và ghi rõ họ tên các thành viên)
TP HCM, ngày 12 tháng 03 năm 2024
Giảng viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)
Trang 4
VIỆN KỸ THUẬT HUTECH
PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ
THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC & ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆNTÊN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
(Do giảng viên hướng dẫn ghi và giao lại cho sinh viên đóng vào cuốn báo cáo)
6 Tên đề tài: Thiết kế mạch cánh báo cháy sử dụng cảm biến nhiệt và OPAMPGiảng viên hướng dẫn: Võ Thị Bích Ngọc
7 Sinh viên/ nhóm sinh viên thực hiện đề tài (sĩ số trong nhóm……): 01
(1) Phan Trường Văn MSSV: 2287901169 Lớp: 22DDTA1
TuầnNgàyNội dung thực hiệnviên (Giảng viên hướng dẫnKết quả thực hiện của sinhghi)
- GV gợi ý hướng nghiêncứu, giúp sinh viên địnhhướng chọn đề tài.- GV hướng dẫn quy trình
thực hiện thực hiện đồán, cách trình bày báocáo đồ án
- Xác nhận đăng ký chínhthức đề tài thực hiện.- Viết chương Giới thiệu
đề tài.
- Thiết kế sơ đồ khối chomạch
- Vẽ mạch nguyên lý- Thực hiện mô phỏng
nguyên lý hoạt động củamạch trên phần mềm
- Viết chương Cơ sở lýthuyết.
- Đọc tài liệu
- Tìm hiểu cách tính toánthiết kế
- Thực hiện mô phỏngnguyên lý hoạt động củamạch trên phần mềm- Viết báo cáo
Trang 5TuầnNgàyNội dung thực hiệnviên (Giảng viên hướng dẫnKết quả thực hiện của sinhghi)
Từ: 01/04/2024Đến:07/04/2024
- Tính toán thiết kế mạchnguyên lý
- Thực hiện mô phỏngnguyên lý hoạt động củamạch trên phần mềm- Viết báo cáo
Từ: 08/04/2024Đến:14/04/2024
- Tiếp tục tính toán thiếtkế mạch nguyên lý- Thực hiện mô phỏng
nguyên lý hoạt động củamạch trên phần mềmVẽ mạch layout (PCB)6 Từ: 15/04/2024Đến:21/04/2024 Tạm nghỉ để thi học kỳ
7 Từ: 22/04/2024Đến:28/04/2024
Tạm nghỉ để thi học kỳ
8 Từ: 29/04/2024Đến:05/05/2024
- Vẽ mạch layout (PCB)- Tiến hành thi công
- Viết báo cáo
Từ: 06/05/2024Đến:12/05/2024
- Tiến hành thi côngmạch
- Viết báo cáo10 Từ: 13/05/2024Đến:19/05/2024 - Thi công mạch- Viết báo cáo
11 Từ: 20/05/2024Đến:26/05/2024
- Thi công mạch, chỉnhsửa, đo đạc các thông sốcần thiết, chạy thử- Viết báo cáo
Trang 6Lưu ý: Tổng điểm tiêu chí đánh giá về quá trình thực hiện đồ án; Điểm báo cáo bảovệ đồ án môn học; Điểm quá trình (Ghi theo thang điểm 10), giảng viên chuyển điểm vào bảng điểm Viện đã giao.
Tiêu chí đánh giá về quá trìnhthực hiện đồ án
Tổng điểm tiêu chíđánh giá về quátrình thực hiện đồ
án
(tổng 2 cột điểm1+2)50%Tính chủ động,
tích cực, sángtạo
Đáp ứng mụctiêu đề ra
Phan Trường Văn 2287901169
Ghi chú: Điểm số nếu có sai sót, GV gạch bỏ rồi ghi lại điểm mới kế bên và ký nháyvào phần điểm chỉnh sửa.
Sinh viên thực hiện
(Ký và ghi rõ họ tên các thành viên)
Phan Trường Văn
TP HCM, ngày 31 tháng 5 năm 2024
Giảng viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)
Võ Thị Bích Ngọc
Trang 7VIỆN KỸ THUẬT HUTECH
PHIẾU CHẤM ĐIỂM BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC
(Giảng viên phản biện)
Định dạng báo cáo (khổ
giấy, font chữ, bố cục,tài liệu tham khảo và
Tp.HCM, ngày … Tháng … Năm 20…
Giảng viên
(Ký và ghi rõ họ tên)
Trang 8PHIẾU CHẤM ĐIỂM BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC
(Giảng viên hướng dẫn)
HỌC KỲ 1 - NĂM HỌC 2022-2023
Môn: Đồ án điện tử tương tự Mã MH: ELE449 Tên đề tài: Thiết kế mạch nhân áp dùng IC555
Họ và tên GV phản biện: Võ Thị Bích Ngọc Nhận xét:
Định dạng báo cáo (khổ
giấy, font chữ, bố cục,tài liệu tham khảo và
Tp.HCM, ngày … Tháng … Năm 20…
Giảng viên
(Ký và ghi rõ họ tên)
Trang 9Em xin chân thành cảm ơn!
Trang 10CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 10
1.1 Giới thiệu chung 10
3.2.2 Khối cảm biến nhiệt 30
3.2.3 Khối chuông báo 31
3.2.4 Khối đèn báo 31
Trang 11CHƯƠNG 4 THI CÔNG VÀ MÔ PHỎNG MẠCH 32
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 34
5.1 KẾT LUẬN 34
5.2 ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 34
Trang 12Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lí của mạch cảnh báo cháy 28
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lí mạch nguồn 29
Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lí khối cảm biết nhiệt 30
Hình 3.4 Biểu đồ sự thay đổi điện trở của nhiệt trở âm khi nhiệt độ thay đổi 30
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lí khối chuông báo 31
Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lí khối đèn báo 220V 31
Hình 4.1 Sơ đồ mạch pcb và mạch in của mạch chính 32
Hình 4.2 Sơ đồ mạch pcb và mạch in của mạch nguồn 32
Hình 4.3 Mạch thực tế 33
Trang 13CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI1.1 Giới thiệu chung
- Hiện nay, việc phòng cháy chữa cháy là mối quan tâm hàng đầu của nước ta và nó cũng đã trở thành nghĩa vụ của mỗi công dân Các phương tiện thông tin đại chúng luôn tuyên truyền giáo dục cho mỗi người dân ý thức phòng tránh phòng cháy chữa cháy nhằm hạn chế những vụ cháy nổ diễn ra, giảm bớt thiệt hại về người đông thời vềmặt cơ sở vật chất để giảm mối lo âu của xã hội.
- Với con IC7805, IC555 và nhiệt trở âm được sử dụng cho yêu cầu trên Các linh kiện trên thông dụng trên thị trường với giá thành hợp lý, phù hợp với việc nguyên cứucủa sinh viên Vì thế em thực hiện trong đồ án điện tử tương tự với đề tài:” MẠCH CẢNH CHÁY BÁO DÙNG CẢM BIẾN NHIỆT VÀ OAMP ".
1.2 Nhiệm vụ môn học
Mạch báo cháy có thể chuyển đổi thành âm thanh đưa ra loa và tín hiệu điện đưa rađèn cảnh báo để cảnh báo cháy trong các khu vực Ý nghĩa thực tiễn của mạch báo cháy: Trong tất cả các khu vực có người hay các khu nhà cao tầng báo cháy là một phần tất yếu để bảo vệ con người trước những hiểm họa trên.
1.3 Các khái niệm và cơ chế hoạt động
1.3.1 Khái niệm
Một khía cạnh quan trọng của báo cháy là phát hiện kịp thời cảnh báo cho cưdân trong tòa nhà và các tổ chức cứu hỏa Đây là vai trò quan trọng của hệthống phát hiện chảy và báo động.
1.3.2 Cơ chế hoạt động
Sử dụng linh kiện nhiệt trở âm Khi có cháy xảy ra trong phòng thì khu vực đó sẽ xuất hiện nhiệt độ rất cao Khi có cháy nhiệt độ tăng cao đột ngột khiến cho nhiệt trở âm có qua sự thay đổi giá trị điện trở khi giá trị điện trở thay đổi khiến tín hiệu điện được đưađến các linh kiện xử lý ở trong mạch bắt đầu hoạt động xử lý, phát hiện và phát tín hiệu ra cho loa và đèn để đưa ra báo động.
1.4 Ứng dụng của mạch
Báo cháy gia đình là phòng chống hiệu quả nhất cho mỗi gia đình Các thiết bịcó giá rẻ, sẽ giúp bạn ngăn chặn những rủi ro tiềm ẩn cho gia đình.
Trang 14CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT2.1 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.
- Cấu tạo cơ bản của điện trở gồm có hai đầu dây dẫn được gắn ở hai đầu đối diện và ở giữa là một bộ phận dẫn điện tương đối kém Giá trị của một điện trở được đo bằng Ohm (Ω)) – đây là một đại lượng phổ biến trên toàn thế giới được ký bằng tiếng Hy lạp.
Trang 16Tính 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 tư: Chỉ giá trị sai số của điện trở
Hình 2.3: Điện trở 4 vạch màu
Ví dụ: Trên thang điện trở như hình có các vạch màu lần lượt là vàng, tím, đen, hoàng kim ứng với các số 4, 7, 0.
Vậy giá trị điện trở là 47 x 10^0= 47 (Ω).).
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
-Vạch màu thứ 5: Chỉ giá trị sai số của điện trở
Trang 17- Hình dạng: tụ điện có khá nhiều hình dạng khác nhau.
Hình 2.5: Ký hiệu
Trang 18- Đơn vị điện dung của tụ: Đơn vị là Fara (F), 1Fara là rất lớn do đó trong thực tế thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như MicroFara (µF) , NanoFara (nF), PicoFara (pF) + 1 Fara= 1.000.000µ Fara= 1.000.000.000n F= 1.000.000.000.000 pF
+ 1 µ Fara= 1.000 n Fara + 1 n Fara= 1.000 p Fara Cách đọc giá trị của tụ điện:
- Tụ hóa: với tụ hóa giá trị điện dung được ghi trực tiếp trên thân tụ, tụ hóa là tụ có phân cực (-), (+) và luôn có hình trụ
Hình 2.7: Tụ hóaCách đọc đọc thông số theo thông tin được in trên thân tụ Tụ hóa ghi điện dung là 1000 µF/ 63V
- Tụ giấy và tụ gốm: Thường được ký hiệu bằng 3 chữ số, trong đó chữ số sau cùng là số chữ số 0.
Hình 2.8: Tụ giấyVí dụ:
+ 104 = 10 0000pF = 0.1uF + 103 = 10 000pF = 0.01uF + 224= 22 0000pF = 0.22uF + 225 = 22 00000pF = 2.2uF
Trang 19- Các ký hiệu J, K, M là sai số dung sai tương ứng 5%, 10% và 20%, thông thường là J (5%) Sau trị số điện dung bao giờ cũng có giá trị điện áp, điện áp ghi trên tụ chính là điện áp cực đại mà tụ có thể chịu được, vượt qua giá trị này thì tụ điện có thể bị hư hỏng hoặc bị cháy nổ.
2.3 IC LM358
-IC LM358 là bộ khuếch đại thuật toán kép công suất thấp, bộ khuếch đại này có ưu điểm hơn so với bộ khuếch đại thuật toán chuẩn trong các ứng dụng dùng nguồn đơn.
-Thông số kỹ thuật:
+ Model: 14 chân, xuyên lỗ
+ Điện áp: 3-32V với nguồn đơn, 1.5-16V với nguồn đôi+ Dải nhiệt độ hoạt động: 0 ~ 70°C
+ Độ lợi khuếch đại DC 100dB
+ Điện áp ngõ ra: 0V đến VCC(+)-1.5V
- IC LM358 : có thể hoạt động ở nguồn điện áp thấp 3V hoặc cao lên tới 32V Có công suất cực máng thấp, tuy nhiên có độ lợi cao 100dB Cấu tạo bên trong gồm 2 bộ khuếch đại thuật toán, tương thích với nhiều loại mạch logic khác nhau.
Hình 2.9: LM358
- Chức năng của LM358:
+ Hai opamp có độ lợi cao trong một gói duy nhất, cả hai opamp có thể vận hành từ một nguồn điện duy nhất.
Trang 20+ Có thể vận hành dễ dàng với nguồn điện rộng từ 3V đến 30V.+ Cũng có thể hoạt động với nguồn điện kép, từ ± 1,5V đến ± 15V.+ Dòng hoạt động rất thấp chỉ khoảng 500uA.
+ Băng thông 1MHz đủ rộng cho loại vi mạch này.
+ Dễ dàng kết hợp với các bộ vi điều khiển và thiết bị logic.
+ Nhờ cấu trúc sơ đồ chân theo tiêu chuẩn, nên nó có thể dễ dàng được thay thế bằng các opamp khác.
+ Bảo vệ ngắn mạch bên trong.
- Đầu vào tối đa mà IC có thể xử lý là 35V DC và đầu vào tối thiểu để đạt được 6V ổn định ở đầu ra phải là 8V vì IC yêu cầu cao hơn 2V so với đầu ra của nó để cung cấp đầu ra 6V ổn định.
-Mặc dù thiết kế chủ yếu là để điều chỉnh điện áp cố định, các thiết bị có thể được sử dụng với thành phần bên ngoài có thể điều chỉnh được điện áp và dòng.
Trang 21Hình 2.10: IC7806- Thông số kỹ thuật:
+ Chân: 3
+ Điện áp vào: 8V- 35V
+ Nhiệt độ hoạt động: -40°C- 125°C+ Dòng đầu ra: 1.5 A
+ Điện áp đầu ra: 6V+ Công suất cực đại: 5W
- Để có hiệu suất ổn định và lâu dài, bạn không nên vận hành tải quá 1,5A, luôn sử dụng bộ tản nhiệt phù hợp với nó, luôn kiểm tra sơ đồ chân trước khi sử dụng và không hoạt động ở nhiệt độ dưới -40 độ C và trên +125 độ C, và luôn bảo quản ở nhiệt độ trên - 65 độ C và dưới +150 độ C.
- IC cung cấp điện áp đầu ra cố định 12V bất kể điện áp đầu vào dao động hoặc thay đổi liên tục hoặc cao hơn 12V nhưng điện áp đầu vào không được quá 35V, đây là giới hạn điện áp đầu vào tối đa mà IC này có thể xử lý Hơn nữa điện áp đầuvào không được nhỏ hơn 14V, đó là yêu cầu điện áp đầu vào tối thiểu của IC để cung cấp đầu ra cố định 12V Dòng đầu vào phải là 2A trở lên để có 1A đến 1,5A ở đầu ra.
-Mặc dù thiết kế chủ yếu là để điều chỉnh điện áp cố định, các thiết bị có thể được sử dụng với thành phần bên ngoài có thể điều chỉnh được điện áp và dòng.
Trang 22Hình 2.10: IC7812- Thông số kỹ thuật:
+ Chân: 3
+ Điện áp vào: 14V- 35V
+ Nhiệt độ hoạt động: -40°C- 125°C+ Dòng đầu ra:1 A - 1.5 A
+ Điện áp đầu ra: 12V+ Công suất cực đại: 5W
- Để có hiệu suất ổn định và lâu dài, bạn không nên vận hành tải quá 1,5A, luôn sử dụng bộ tản nhiệt phù hợp với nó, luôn kiểm tra sơ đồ chân trước khi sử dụng và không hoạt động ở nhiệt độ dưới -40 độ C và trên +125 độ C, và luôn bảo quản ở nhiệt độ trên - 65 độ C và dưới +150 độ C.
2.6 TRANSISTOR C1815
Transistor C1815 còn được gọi là 2SC1815 là một linh kiện điện tử được dùng trong các mạch ứng dụng, đặc biệt là mạch khuếch đại âm thanh nhỏ, mạch tiền khuếch đại Chữ C trong tên gọi mang ý nghĩa sử dụng trong các ứng dụng chung Trong khi đó, 2S lại có ý nghĩa là Transistor C1815 được dùng cho ứng dụng tần số cao, cấu hình NPN (âm – dương – âm).
-Thông số kỹ thuật:
Trang 23+ Điện áp cực đại : 50V.+ Dòng cực đại : 150mA.+ Hệ số khuếch đại ~ 25-100.+ Khối lượng : 0.21 g.
Hình 2.11: C1815- Ba cực trên transistor bao gồm:
+ Cực phát( E): Có vai trò là đầu ra cho nguồn.
+ Cực gốc( C): Hoạt động như một cổng điều khiển cho đầu vào điện lớn hơn tại cực thu.
+ Cực thu( B): Có vai trò là thu thập năng lượng.
- C1815 hoạt động phụ thuộc vào dòng vào từ chân B Khi chân B có dòng vào thì lớp bán dẫn sẽ được mở khiến xuất hiện dòng CE chạy qua IC led sáng Nếu ở chân B không có dòng thì lớp bán dẫn không mở và không có dòng qua CE led không sáng.
+ Dòng qua B được tính theo công thức : IC = β.IB+ Trong đó:
IC là dòng chạy qua mối CE IB là dòng chạy qua mối BE
β là hệ số khuyếch đại của Transistor
2.7 TRANSISTOR A1015
Trang 24các mạch khuếch đại tần số âm thanh Nó cũng có thể được sử dụng cho mục đích chuyển mạch giống như các bóng bán dẫn PNP khác Khi sử dụng làm bộ khuếch đại cho mục đích chung tần số Âm thanh, có thể được vận hành trong vùng hoạt động.
Thông số kỹ thuật:
+ Điện áp cực đại: VCBO= -50V
+ Dòng điện cực đại: Ic= - 150mA, IB= -50mA+ Nhiệt độ làm việc: -55°C ~ 125°C
Hình 2.12: A1015
- Transistor A1015 có điện áp giới hạn lên tới Uce = -50V, dòng điện giới hạn củatransistor A1015 Ic = -150mA Hệ số khuếch đại hFE của transistor A1015 trong khoảng 70 đến 400.
- Transistor A1015 có thể hoạt động ở dải nhiệt độ từ -55°C – 125°C Transistor A1015 là một transistor công suất nhỏ, tuy nhiên tần số làm việc cao Transistor A1015 được sử dụng rỗng rãi trong việc thiết kế mạch khuếch đại cơ bản.
2.8 DIODE 1N4007
- DIODE 1N4007 là một diode đa năng được sử dụng rộng rãi Nó thường đượcdùng làm bộ chỉnh lưu trong phần nguồn điện của các thiết bị điện tử để chuyển đổiđiện áp AC thành DC với các tụ lọc khác Nó là một diode của dòng 1N400x, trongđó cũng có những diode tương tự khác từ 1N4001 đến 1N4007 và sự khác biệt duynhất giữa chúng là điện áp ngược lặp lại tối đa.
- Nó cũng có thể được sử dụng trong bất kỳ ứng dụng chung nào cần diode.Diode 1N4007 được chế tạo để làm việc với điện áp cao và nó có thể dễ dàng xử lýđiện áp dưới 1000V Với dòng điện trung bình 1000mA hay 1A, công suất tiêu thụ3W, kích thước nhỏ và giá rẻ diode này rất lý tưởng cho nhiều ứng dụng khác