đồ án đề tài thiết kế chế tạo thiết bị xả nước tự động ứng dụng cho nhà vệ sinh cộng cộng

Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sửdụng rất rộng rãi trong các mạch điệntử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệuxoay chiều, mạch tạo dao

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: LÊ THÀNH SƠN

SINH VIÊN THỰC HIỆN: TRẦN VĂN THÌN

NGUYỄN NGỌC THƯ

LỚP: 122211.6

Năm 2023

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Hưng Yên, Ngày Tháng Năm 2023

Giảng viên hướng dẫn

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU LINH KIỆN 5

1.1.Điện trở 5

1.2 Tụ điện 6

1.3 IC 7805 6

1.4 Biến áp 7

1.5 Diode 9

1.6 Transistor 10

1.8 IC UA741

12

13 1.9 Cảm biến quang 14

1.10 NE555 16

CHƯƠNG II : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO 17

2.2 Khối nguồn 17

2.3 Khối tạo tín hiệu 18

2.4 Khối điều khiển 19

2.5 Khối thực thi 20

2.6 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 20

2.7 Sơ đồ mạch boar 21

2.9 Hình ảnh mạch thực 22

CHƯƠNG III: KẾT LUẬN 22

3.1 Kết quả 22

3.2 Hạn chế 22

3.3 Hướng phát triển đề tài 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO 23

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật, trên con đường côngnghiệp hóa và hiện đại đất nước ngành điện –điện tử nói chung, hay điện tửnóiriêng đã có những bước tiến vượt bậc và mang lại những thành quả đáng kể cho xãhội và đất nước Làm theo lời Bác học phải đi đôi với làm, bên cạnh những giờ lýthuyết trên lớp vẫn cần chau dồi thêm kiến thức thực tế bằng cách thực tập tự học

tự tìm tòi thêm.Vì vậy, đồ án môn học chế tạo sản phẩm là điều kiện tốt giúpchúng em kiểm chứng được lý thuyết đã được học trên lớp và cũng là chau dồithêm kiến thức thực tế

Trong đồ án lần này, chúng em đã được nhận đề tài “

THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH BẬT TẮT THIẾT BỊ KHI CÓ CHUYỂN ĐỘNG” Sau thời gian nghiên cứu, chúng em đã chế tạo thành công đáp ứng được

cơ bản yêu cầu của đề tài

Trong suốt thời gian thực hiện đề tài, chúng em đã gặp một số vướng mắc về

lý thuyết và khó khăn trong việc thi công sản phẩm Tuy nhiên, chúng em đã nhận

được sự giải đáp và hướng dẫn kịp thời của cô………, cùng với sự

góp ý của các thầy cô trong khoa và các bạn trong lớp Đựơc như vậy chúng emxin chân thành cảm ơn và mong muốn nhận được nhiều hơn nữa sự giúp đỡ, chỉbảo của cô giáo và các bạn trong các đồ án sau này

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện:

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU LINH KIỆN

Điện trở được cấu tạo từ những vật liệu có điển trở suất cao như làm bằng than,magie kim loại Ni-O2, oxit kim loại, dây quấn

Điện trở dây cuốn: Loại điện trở này dùng dây điện trở quấn trên lõi than và có

1 lớp cách điện thường bằng sứ hoặc nhựa tổng hợp để tạo ra điện trở có giá trịnhỏ và chịu được công suất tiêu tán lớn Thường được sử dụng trong các mạchcung cấp điện của các thiết bị điện

Điện trở điều chỉnh: hay còn gọi là biến trở, giá trị điện trở có thể thay đổiđược tùy ý

Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sửdụng rất rộng rãi trong các mạch điện

tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệuxoay chiều, mạch tạo dao động

b) Cấu tạo

Cẩu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điệngọi là điện môi

Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi

và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như tụgiấy, tụ gốm, tụ hoá

1.3 IC 7805

Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử dụng IC ổn

áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản.Các loại ổn ápthường được sử dụng là IC 78xx,79xx, với xx là điện áp cần ổn áp

VD: 7805 ổn áp 5V.

Việc dùng các loại IC ổn áp họ 78xx tương tự nhau

Hình 1.3: sơ đồ chân ic7805

Sơ đồ chân của IC 7805:

 Chân số 1 là chân IN (hình vẽ trên)

 Chân số 2 là chân GND (hình vẽ trên)

 Chân số 3 là chân OUT (hình vẽ trên)

Một số thông số kĩ thuật:

Dòng cực đại có thể duy trì 1A

Dòng đỉnh 2.2A

Công suất tiêu tán cực đại nếu không dùng tản nhiệt: 2W

Công suất tiêu tán nếu dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W

Nếu vượt quá ngưỡng 4 ý trên 7805 sẽ bị cháy

Thực tế ta nên chỉ dùng công suất tiêu tán =1/2 giá trị trên Các giá trị cũng không nên dùng gần giá trị max của các thông số trên Tốt nhất nên dùng ≤ 2/3 max Hơn nữa các thống số trên áp dụng cho điều kiện chuẩn nhiệt độ 25 độ C

1.4 Biến áp

Cấu tao:

Bộ phận chính của máy biến áp là một khung sắt non (có pha silic) gồm nhiều lá sắt mỏng ghép cách điện lại với nhau để hạn chế dòng điện Fu-cô (Foucalt) Hai

đầu có hai cuộn dây Cuộn thứ nhất có N1 vòng dây nối với nguồn phát điện gọi

là cuộn sơ cấp, cuộn thứ 2 có N2 vòng dây nối với các thiết bị tiêu thụ điện năng gọi là cuộn thứ cấp

Hình 1.4: Mô hình máy biến áp với khung sắt,cuộn sơ cấp, cuộn thứ cấp

Hình 1.5: Ký hiệu máy biến áp trong mạch điện

Nguyên lý của biến áp:

Một điện áp hàm sin sẽ tạo ra dòng điện hàm sin trong cuộn dây sơ cấp, dòng điệnnày sẽ tạo ra một từ trường biến đổi luân phiên theo quy luật hàm sin Trong biến

áp, từ trường biến thiên này được cảm ứng tới một cuộn dây thứ hai qua một lõi sắt

từ Điện áp hàm sin được tạo ra trong cuộn dây thứ hai bởi sự thay đổi của từ thôngΔΦ

Tùy theo số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp mà quyết định biến áp là tăng áphay hạ áp

1.5 Diode

Diodelà một loại linh kiện bán dẫn chỉ cho phép dòng điện đi qua nó theo mộtchiều mà không theo chiều ngược lại

Phân loại:

Có nhiều loại diode,như diode chỉnh lưu thông thường,điode Zener, diode phátquang (LED)…

1.6 Transistor

Cấu tạo của Transitor:

Transitor hay còn gọi là bóng dẫn gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp P-N , nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận , nếu ghép theo thứ tự NPN ta được Transistor ngược về phương diện cấu tạo Transistortương đương với hai Diode đấu ngược chiều nhau Cấu trúc này được gọi là

Bipolar Junction Transitor (BJT) vì dòng điện chạy trong cấu trúc này bao gồm cả hai loại điện tích âm và dương (Bipolar nghĩa là hai cực tính)

Hình 1.7: Cấu tạo của transistor

Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực , lớp giữa gọi là cực gốc ký hiệu là B ( Base ), lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp

Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát ( Emitter ) viết tắt là E, và cực thu hay cực góp ( Collector ) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn (loại N hay P ) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị cho nhau được

Nguyên tắc hoạt động của Transitor:

Trong chế độ tuyến tính hay còn gọi là chế độ khuyếch đại, Transitor là phần tử khuyếch đại dòng điện với dòng Ic bằng β lần dòng bazo (dòng điều khiển ) Trong

đó β là hệ số khuyếch đại dòng điện

Ic = βIBXét hoạt động của Transistor NPN:

Hình 1.8: Sơ đồ phân cực cho Transistor

Ta cấp một nguồn một chiều UCEvào hai cực C và E trong đó (+) nguồn vào cực C

Ngay khi dòng IBxuất hiện => lập tức cũng có dòng IC chạy qua tiếp giáp CE làmbóng đèn phát sáng, và dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB.

Như vậy rõ ràng dòng IChoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB và phụ thuộc theo mộtcông thức

IC = β.IB

Trong đó:

IC là dòng chạy qua tiếp giáp C-E

IB là dòng chạy qua tiếp giáp B-E

β là hệ số khuyếch đại của Transistor

Khi có điện áp UCE nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua mối tiếp giápP-N để tạo thành dòng điện, khi xuất hiện dòng IBE do lớp bán dẫn P tại cực B rấtmỏng và nồng độ pha tạp thấp, vì vậy số điện tử tự do từ lớp bán dẫn N ( cực E )vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P( cực B ) lớn hơn số lượng lỗ trống rất nhiều,một phần nhỏ trong số các điện tử đó thế vào lỗ trống tạo thành dòng IB còn phầnlớn số điện tử bị hút về phía cực C dưới tác dụng của điện áp UCE => tạo thànhdòng ICE chạy qua Transistor

Trasistor còn có thể làm việc ở chế độ đóng cắt như một khóa điện tử Ta chỉ cầncấp một điện áp dương (+) vào chân B (đối với loại NPN) thì Transistor sẽ dẫnthông và tùy vào điện áp tại cực B mà điện áp UCE là nhỏ hay đạt giá trị max

1.7 Relay

Rơ-le là một công tắc (khóa K) Nhưng khác với công tắc ở một chỗ cơ bản, rơ-leđược kích hoạt bằng điện thay vì dùng tay người Chính vì lẽ đó, rơ-le được dùng

làm công tắc điện tử! Vì rơ-le là một công tắc nên nó có 2 trạng thái: đóng và mở.

Hình 1.9: Cấu tạo và cách nối chân cho RelayCấu tạo Relay gồm 2 phần:

Cuộn hút:

Tạo ra năng lượng từ trường để hút tiếp điểm về phía mình

Tùy vào điện áp làm việc người ta chia Relay ra DC: 5V, 12V, 24V - AC: 110V, 220V

Cặp tiếp điểm:

Khi không có từ trường ( ko cấp điện cho cuộn dây) Tiếp điểm 3 được tiếp xúc

với 5 nhờ lực của lò xo (Tiếp điểm thường đóng)

Khi có năng lượng từ trường thì tiếp điểm 3 bị hút chuyển sang 4 - Trong Relay

có thể có 1 cặp tiếp điểm, 2 cặp tiếp điểm hoặc nhiều hơn

số riêng biệt Khoảng cách làm việc của E3F-DS30C4 là 30cm, có thể chỉnhkhoảng cách làm việc thông qua biến trở, ngõ ra cảm biến ở dạng cực thu hở NPN,NO

Thông số kỹ thuật

 Nguồn điện cung cấp: 6-36VDC

 Khoảng cách phát hiện: 30cm

1 Màu nâu:VCC, nguồn dương 6-36VDC.

2 Màu xanh dương:GND, nguồn âm 0VDC

3 Màu đen:Chân tín hiệu ngõ ra cực thu hở NPN, cần phải có trở kéo để tạo

thành mức cao

1.9 IC NE555

Sơ đồ chân IC NE555:

Hình 1.10: sơ đồ chân IC555

+ Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi là

chân chung

+ Chân số 2(TRIGGER): Đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được

dùng như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp.Mạch so sánh ở đây dùng các transitor PNP với mức điện áp chuẩn là 2/3Vcc

+ Chân số 3(OUTPUT): Chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic Trạng thái

của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1, 1 ở đây là mức cao nó tương ứng với gần bằng Vcc và mức 0 tương đương với 0V nhưng mà trong thực tế mức 0 này ko được 0V mà nó trong khoảng từ (0.35 ->0.75V)

+ Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái ra Khi chân số 4 nối mass

thì ngõ ra ở mức thấp Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo mức áp trên chân 2 và 6.Nhưng mà trong mạch để tạo được dao động thường hay nối chân này lên VCC

+ Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong

IC NE555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối GND Chân này có thể không nối cũng được nhưng mà để giảm trừ nhiễu người ta

thường nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn được ổn định

+ Chân số 6(THRESHOLD) : là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp

khác và cũng được dùng như 1 chân chốt

+ Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịu

điều khiển bởi tầng logic của chân 3.Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại, ngược lại thì nó mở ra Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC NE555 dùng như 1 tầng dao động

+ Chân số 8 (Vcc): là chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động Nó được cấp

điện áp từ 2V >18V (Tùy từng loại 555 thấp nhất là con NE7555)

Cấu tạo bên trong và nguyên tắc hoạt động:

-Cấu tạo:

Hình 1.11: cấu tạo bên trong IC NE555

- Cấu trúc của IC NE555 gồm : 2 con Op-amp, 3 con điện trở, 1 transitor, 1 FF ( ở đây là FF RS):

- 2 OP-amp có tác dụng so sánh điện áp

- Transistor để xả điện

- Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành 3 phần Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương của Op-amp 1 và điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm của Op-amp 2 Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3VCC, chân S = [1] và FF được kích Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 VCC, chân

R của FF = [1] và FF được reset

1.10 Van điện từ

Van điện từ VAKS phi 21 dùng nguồn điện 12V rất an toàn khi dùng môi trường nước Công dụng của Van điện từ: - Thiết kế hệ thống phun sương tự động, tưới cây, tưới lan, vườn rau tự động Dùng làm van xã trong nhà vệ sinh - Kết hợp van với bộ hẹn giờ KG316T-II để hẹn giờ tưới cây (van dùng thêm bộ chuyển nguồn 220V->12V DC) - Kết hợp với mạch xả tollet tự động VAKS XTL V2.3 đểlàm hệ thống xã tiểu tự động - Kết hợp với mạch xã nước cảm ứng VAKS LVB 2.3

để làm vòi rữa tay tự động và máy xoáy tay tự động - Sinh viên điện có thể dùngvan này để làm mạch nghiên cứu, điều khiển lưu lượng nước * Dòng Van điện

từ V12-21 có 3 Loại sản phẩm: N/C ( thường đóng): N/F (không áp lực); N/O (thường mở) Quý khách hàng có thể mua sản phẩm đúng với nhu cầu mà khách

hàng cần Thông số kỹ thuật: + Van N/C (Van thường đóng) + Kích thước 1/4 inch(phi 21) + Điện áp làm việc DC 12V + Dòng điện kích 500mA + Áp lực 0.02-0.8Mpa + Dùng cho: Nước

CHƯƠNG II : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO

áp xoay chiều thành một chiều Khi có sự thay đổi từ cảm biến hồng ngoại, điện ápthay đổi sẽ được đưa vào chân 2 của IC NE555 là chân sánh trạng thái, lúc này điện áp đầu ra chân số 3 của ic lên mức logic bằng 1, tụ khi này xả điện thời gian

ON của đầu ra phu thuộc vào dung lượng tụ điện và thời gian nạp, trạng thái logic

1 khi này được cấp tín hiệu cho van điện từ Khi có tín hiệu từ IC NE555 kích cho transistor khi này transistor được kích mở điện áp đi từ VCC qua led,cuộn coil relay, đi qua chân C qua E và xuống mass đèn led báo hiệu sáng, relay được tác động tiếp điểm thường đóng chuyển sang thường mở cấp nguồn cho Van xả, lúc này điện áp trong tụ 220uf được nạp, khi tụ 220uf được nạp đầy, đầu ra chân số 3 (ne555 tắt) ngắt nguồn cho van

2.3 Sơ đồ mạch boar

Hình 2.6: Sơ đồ boar mạch

2.9 Hình ảnh mạch thực

Hình 2.7: Hình ảnh mạch thực

CHƯƠNG III: KẾT LUẬN 3.1 Kết quả

Sau thời gian thực hiện đồ án môn học, cùng với sự hướng dẫn tận tình của cô

………, chúng em đã hoàn thành đồ án theo quy định Để thực hiện được

yêu cầu của đề tài, chúng em đã không ngừng học hỏi, những vấn đề về các linhkiện điện tử và các vấn đề khác liên quan Vì thế kiến thức về điện tử, kinh nghiệmthực tế về làm mạch đã có sự tiến bộ Một lần nữa chúng em xin chân thành cảmơncô!

3.2 Hạn chế

- Vì sản phẩm làm ra chỉ mang tính nghiên cứu nên còn mang tính cơ bản và chưađược sử dụng rộng rãi ngoài thực tế

- Do thời gian và điều kiện của sinh viên nên sản phẩm chưa được hoàn hảo

3.3 Hướng phát triển đề tài

Mạch hoạt động tốt nhưng công suất còn nhỏ, chúng ta có thể tăng công suất củamạch lên cao hơn

Trên đây là đồ án môn học của em sau một thời gian nguyên cứu tìm hiểu đã hoàn thành Vì kiến thức còn hạn chế cùng với thời gian có hạn đồ án còn nhiều thiếu sót và bất cập rất mong mọi ý kiến đóng góp để em có thể sửa đổi và được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn !

TÀI LIỆU THAM KHẢO

- Giáo trình “ kỹ thuật số” Tác giả : Phạm Ngọc Thắng – Bùi Thị Kim Thoa

- Sách linh kiện điện tử tác giả: Giảng viên Lê Thị Hồng Thắm Trường đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh

- Sách sở đồ chân linh kiện bán dẫn tác giả: Dương Minh Trí – xuất bản lần thứ 5, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật