GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
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 về mặt 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 cứu của 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 ".
Nhiệm vụ môn học
Mạch báo cháy có thể chuyển đổi thành âm thanh đưa ra loa và tín hiệu điện đưa ra đèn 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.
Các khái niệm và cơ chế hoạt động
Một khía cạnh quan trọng của báo cháy là phát hiện kịp thời cảnh báo cho cư dân trong tòa nhà và các tổ chức cứu hỏa Đây là vai trò quan trọng của hệ thống phát hiện chảy và báo 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 đưa đến 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.
Ứng dụng của mạch
Báo cháy gia đình là phòng chống hiệu quả nhất cho mỗi gia đình Các thiết bị có giá rẻ, sẽ giúp bạn ngăn chặn những rủi ro tiềm ẩn cho gia đình.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
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.
-Cách đọc trị số điện trở 4 vòng màu: Giá trị điện trở thường được thể hiện qua các vạch màu trên thân điện trở, mỗi màu đại diện cho một số.
Tính 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 trở
-Vạch màu thứ 5: Chỉ giá trị sai số của điện trở
Hình 2.4: Điện trở 5 vạch màu
Ví dụ: Một điện trở có các vạch màu lần lượt là xanh, vàng, đỏ, nâu, nâu ứng với các chữ số là 6, 4, 2, 1, 1.
Vậy giá trị điện trở là 642 x 10^1 ± 1%= 6420±1%.
TỤ ĐIỆN
- Tụ điện là linh kiện có khả năng tích điện Tụ điện cách điện với dòng điện một chiều và cho dòng điện xoay chiều truyền qua.
- Tụ điện được chia làm hai loại chính: loại không phân cực và loại có phân cực.
- Loại có phân cực thường có giá trị lớn hơn loại không phân cực, trên hai chân của loại phân cực có phân biệt chân nối âm, nối dương rõ ràng, khi gắn tụ có phân cực vào mạch điện, nếu gắn ngược chiều âm dương, tụ phân cực có thể bị hư và hoạt động sai Ngoài ra người ta còn gọi tên tụ điện theo vật liệu làm tụ, ví dụ: tụ gốm, tụ giấy, tụ hóa
- Hình dạng: tụ điện có khá nhiều hình dạng khác nhau.
- Đơn vị điện dung của tụ: Đơn vị là Fara (F), 1Fara là rất lớn do đó trong thực tế thường dựng cỏc đơn vị nhỏ hơn như MicroFara (àF) , NanoFara (nF), PicoFara (pF). + 1 Fara= 1.000.000à Fara= 1.000.000.000n F= 1.000.000.000.000 pF
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 hóa Cách đọc đọc thông số theo thông tin được in trên thân tụ Tụ húa ghi điện dung là 1000 àF/ 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.
- 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.
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.
+ 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.
+ Hai opamp có độ lợi cao trong một gói duy nhất, cả hai opamp có thể vận hành từ một nguồn điện duy nhất.
+ Độ lợi DC của IC là 100dB.
+ 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.
IC 7806
- LM7806 hay IC 7806 được biết là IC điều chỉnh nguồn điện áp đầu ra +6V
7806 thuộc dòng IC ổn áp dương họ LM78xx.
- IC7806 có rất nhiều các tính năng tích hợp trong nhiều các ứng dụng điện tử như dòng điện đầu ra 1A đến 1,5A, có chức năng bảo vệ quá tải, bảo vệ quá nhiệt, dòng điện tĩnh thấp, giữ cùng hoạt động an toàn cho các transistor công suất,…
- 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.
- 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.
- LM7812 hay IC 7812 được biết là IC điều chỉnh nguồn điện áp đầu ra +12V
7812 thuộc dòng IC ổn áp dương họ LM78xx.
- IC7812 có rất nhiều các tính năng tích hợp trong nhiều các ứng dụng điện tử như dòng điện đầu ra 1A đến 1,5A, có chức năng bảo vệ quá tải, bảo vệ quá nhiệt, dòng điện tĩnh thấp, giữ cùng hoạt động an toàn cho các transistor công suất,…
- 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 đầu vào 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.
- 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.
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).
- 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
IC là dòng chạy qua mối
CE IB là dòng chạy qua mối BE β là hệ số khuyếch đại của Transistor
TRANSISTOR A1015
Transistor A1015 là loại transistor thuận PNP đươc ứng dụng chủ yếu trong các 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.
+ Điện áp cực đại: VCBO= -50V
+ Dòng điện cực đại: Ic= - 150mA, IB= -50mA
- Transistor A1015 có điện áp giới hạn lên tới Uce = -50V, dòng điện giới hạn của transistor 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.
DIODE 1N4007
- DIODE 1N4007 là một diode đa năng được sử dụng rộng rãi Nó thường được dùng làm bộ chỉnh lưu trong phần nguồn điện của các thiết bị điện tử để chuyển đổi điện áp AC thành DC với các tụ lọc khác Nó là một diode của dòng 1N400x, trong đó cũng có những diode tương tự khác từ 1N4001 đến 1N4007 và sự khác biệt duy nhất 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 lý điện 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 nhau.
+ Loại diode: diode ứng dụng chung chỉnh lưu silicon
+ Điện áp ngược lặp lại tối đa là: 1000 V
+ Dòng Fwd trung bình: 1000mA
+ Dòng Fwd tối đa không lặp lại: 30A
+ Công suất tiêu thụ tối đa là: 3W
+ Nhiệt độ lưu trữ và hoạt động phải là: -55 đến +175 độ C.
- DIODE 1N4007 có thể được sử dụng trong nhiều loại mạch Nó thường được dùng để chỉnh lưu và cũng có thể được sử dụng trong bất kỳ mạch nào cần chặn điện áp, chặn xung điện áp, Nó cũng có thể được sử dụng trong các mạch logic kỹ thuật số.
- Để có được thời gian chạy tối đa của diode, bạn nên giữ ở mức thấp hơn 30V đến 40V so với giá trị điện áp ngược lặp lại tối đa của nó và các giá trị khác Luôn nối đúng cực, không chạy quá 1A tải Không vận hành và lưu trữ ở nhiệt độ dưới -
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.
Hình 2.15: Ký hiệu Hình 2.16: Ảnh thực tế
+ 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
Hình 2.17: Biểu đồ cảm biến nhiệt
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.
+ Độ ổn định và độ lặp lại tốt
+ Dung sai chặt chẽ đối với giá trị kháng và Beta
+ Sử dụng được trong môi trường nhiệt độ cao và độ ẩm cao
+ 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.
LED
Còi Buzzer
Hình 2.19 Còi Buzzer Còi Buzzer 5V có tuổi thọ cao, hiệu suất ổn định, chất lượng tốt, được 4 sản xuất nhỏ gọn phù hợp thiết kế với các mạch còi buzzer nhỏ gọn, mạch báo động.
Terminal 2
Kết cuối, nối các dây vào trong mạch.
Cố định dây bằng ốc vặn.
Có thể ghép nhiều cái với nhau.
Dùng trong các mạch điện tử.
Biến trở tinh chỉnh 10k
Hình 2.21: Biến trờ 10kDùng để điều chỉnh điện trở như ý muốn.
THIẾT KẾ PHÂN TÍCH CHI TIẾT MẠCH
Sơ đồ khối
Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho hệ thống
Khối cảm biến nhiệt: Biến đổi nhiệt thành tín hiệu điện
Khối chuông báo: Tạo ra âm thanh báo động
Khối đèn báo: Tạo ra ánh sáng báo động
Sơ đồ nguyên lý
Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lí của mạch cảnh báo cháy
Khối nguồn làm nhiệm vụ cấp nguồn cho mạch hoạt động ổn định và chính xác Cấp nguồn cho tất cả các khối khác trong mạch cũng như cho mô tơ điều khiển van.
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lí mạch nguồn Điện áp xoay chiều 220VAC cấp vào mạch điện qua bộ hạ áp bao gồm C1 và R1 như hình trên.
- Điện trở R1: Có tác dụng như là một điện trở xả điện cho tụ C1 (Ví dụ: Khi ta cấp điện vào mạch điện sau đó rút điện ra, lúc đó điện áp vẫn còn tích trên con tụ C2, nếu ta sờ vào đầu phích cắm thì ta sẽ bị giật do điện áp ở tụ C2 phóng ra, Vì vậy điện trở R1 sẽ là tải để triệt tiêu điện áp đó của tụ C2)
- Tụ điện C1: Có tác dụng cho dòng điện xoay chiều đi qua Tụ C1 có tính chất cản trở dòng điện vì vậy khi dòng điện đi qua C1 sẽ gây sụt áp Tụ có giá trị càng lớn thì dòng điện đi qua càng lớn, tụ có giá trị nhỏ thì dòng điện đi qua càng nhỏ Bộ chỉnh lưu bao gồm 4 con diode 1N4007 chỉnh lưu có tác dụng chỉnh lưu điện áp xoay chiều sang điện áp 1 chiều
Tụ C2 dùng để lọc điện áp một chiều sau mạch chỉnh lưu Vì ở đây điện áp đầu vào là điện áp xoay chiều, qua chỉnh lưu vẫn còn độ gợn xoay chiều nhất định nào đó vì vậy tụ C1 có tác dụng lọc để cho ra dòng điện 1 chiều
- Tác dụng của R2 là dùng để gánh (tải) áp của mạch (Cụ thể: khi ta cắm điện, dòng điện ban đầu tăng đột ngột do phải nạp cho các tụ, cung cấp cho tải Điện áp sẽ bị sụt tại R2 vì vậy R2 có tác dụng bảo vệ cho cả mạch nguồn hạ áp này Nếu không có R2 ở đây khi cắm điện sẽ hay xảy ra hiện tượng nổ tụ hạ áp hoặc nổ cầu chỉnh lưu.
Ngoài ra R2 còn có tác dụng giải nhiệt cho mạch, nhất là giải nhiệt cho các diode chỉnh lưu và tụ hạ áp Led D5 báo hiệu mạch hoạt động Điện trở R3 giữ vai trò hạn dòng cho led d5 IC 7806 và IC 7812 có tác dụng để ghim điện áp đầu ra ở mức 6V và 12V.
Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lí khối cảm biết nhiệt
Hình 3.4 Biểu đồ sự thay đổi điện trở của nhiệt trở âm khi nhiệt độ thay đổi Mạch sử dụng điện trở âm (NTC) làm cảm biến nhiệt độ IC Op-Amp LM358 làm bộ so dánh điện áp Ở nhiệt độ bình thường giá trị điện trở sấp xỉ bằng giá trị gốc của nhiệt trở, ví dụ: ở 25 độ C giá trị điện trở 10k là 10k.Với điện áp nguồn vào 6V Lúc này giá trị điện áp tại chân (+) op-amp bằng 3V tạo bởi cầu phân áp RT1 và R4 tụ C3 dùng để tạo thời gian biến đổi chậm điện áp khi nhiệt độ thay đổi giúp mạch hoạt động ổn định hơn, tránh quá nhạy với các mức nhiệt độ tức thời Điện áp ngưỡng báo động được đặt bởi biến trở RV1(10k) Có thể chỉnh được từ 0-6V cấp vào chân (-) op-amp
Trường hợp có cháy ta đặt mạch báo động phát ra cảnh báo khi ở nhiệt độ 50 độ C Lúc này điện áp tại chân (+) là VCC/(TR1+R2)×R2= 6/(10+4)×10=4,28V.
Vậy ta chỉnh biến trở RV1 đặt điện áp vào chân (-) khoảng dưới 4.28 V và trên 3v tại chân (-)
Khi ở nhiệt độ nhỏ hơn 50 độ C thì V(+) Ngõ ra Op-amp ở mức thấp xấp sỉ 0V R5 và R6 phân cực cho transitor Q1 Khi ngỏ ra Op- amp bằng 0 thì Q2 không dẫn LED D6 không sáng -> Q2 cũng không dẫn nên chân C Q2 được thả nổi -> không tác động đến khối đèn và còi báo
Khi nhiệt độ lớn hơn 50 độ C giá trị nhiệt trở giảm -> V(+)>V(-)- ngõ ra Op-amp xấp sỉ 5V -> Q1 dẫn - LED D6 báo sáng -> Q2 dẫn tác động đến khối đèn và còi báo
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lí khối chuông báoKhi có cháy Q2 dẫn khiến Relay RL2 hoạt động còi báo hoạt động.
Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lí khối đèn báo 220VKhi có cháy Q2 dẫn khiền Relay RL1 hoạt động đèn 220V được đấu sẵn được đóng kín mạch khiến đèn sáng lên.
THI CÔNG VÀ MÔ PHỎNG MẠCH
Hình 4.1 Sơ đồ mạch pcb và mạch in của mạch chính
Hình 4.2 Sơ đồ mạch pcb và mạch in của mạch nguồn
