Đồ Án tốt nghiệp Đè tài nghiên cứu và thiết kế mạch Điều khiển cho thiết bị quản lý nguồn Điện dùng cho hệ thống Âm thanh

Do đó chúng em đang đưa ra hướng đề tài “ Thiết kế bộ quản lý nguồn “ vì nó có thể quản lý, kiểm soát nguồn điện trong hệ thống âm thanh, giúp lọc nguồn điện, đảm bảo tính ổn định, tránh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHO THIẾT BỊ QUẢN LÝ NGUỒN ĐIỆN DÙNG CHO HỆ

THỐNG ÂM THANH

Giảng viên hướng dẫn : Ths Nguyễn Xuân Công

Sinh viên thực hiện : Lê Văn Phương

Lớp : 110186

Mã Sinh Viên : 11018525

HƯNG YÊN, 2 2 02

2.1.1 Khối điều khi n tín hi u 3ể ệ2.1.2 Khối điều khi n 4ể2.1.3 Khối đóng ắt c 52.1.4 Khối ngu n 5ồ

Sơ đồ nguyên lý 8 2.2

Chức năng các linh kiện 9 2.3

2.3.1 VĐK 89C51 92.3.2 Nút ấn 122.3.3 Điện 14trở2.3.4 Aptomat chống gi quá dòng 15ật,2.3.5 Máy bi n áp 20ế2.3.6 Màn hình LCD TFT 3.2 inch 212.3.7 Mạch thu phát sóng RF 433Mhz 22

2.4 Sơ đồ lắp ráp , bố trí linh kiện 25

Đƣa ra bài toán 27 3.1

Đƣa ra ngôn ngữ lập trình C 28 3.2

Lập trình 29 3.3

3.3.1 Khai báo thư viện 29

3.3.2 Khai báo chân 29

3.3.3 Khai báo giá Macro 30trị 3.3.4 Khai báo giá nút n 30trị ấ 3.3.5 Khai báo bi n ế chế độ đk ừ t 1-8 và ngượ ại.c l 30

3.3.6 Khai báo bi n ế lưu trạng thái đầu ra 30

3.3.7 Khai báo thời gian trễ 30

3.3.8 Hàm nút nhấn 30

3.3.9 Hàm sáng ầ d n và t t d n 32ắ ầ 3.3.10 Hàm chính 34

CHƯƠNG.4 KẾT LU ẬN VÀ HƯỚ NG PHÁT TRI ỂN ĐỀ TÀI Kết qu ả đạt được 35

4.1 Hướng phát triển đề tài 36

4.2

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2 1: Sơ đồ khối toàn mạch 3

Hình 2 2: Khối điều khiển tín hiệu 3

Hình 2 3: Thu phát sóng RF 433Mhz 4

Hình 2 4: Khối điều khiển 4

Hình 2 5: Khối đóng cắt 5

Hình 2 6:Khối nguồn 5

Hình 2 7: Mạch chỉnh lưu 6

Hình 2 8: Biến áp 7

Hình 2 9: Sơ đồ nguyên lý 8

Hình 2 10: VĐK IC 89C51. 9

Hình 2 11: Sơ đồ khối 89C51. 10

Hình 2 12: Sơ đồ chân 11

Hình 2 13: Điện trở 14

Hình 2 14: Aptomat dạng tép MCB của hãng LS 15

Hình 2 15: Aptomat dạng khối MCCB của hãng Mitsubishi 16

Hình 2 16: Cấu tạo Aptomat MCB Schneider 18

Hình 2 17: Sơ đồ cuộn dây 18

Hình 2 18: Cấu tạo của máy biến áp 20

Hình 2 19: Cấu tạo màn LCD TFT 21

Hình 2 20: Thu phát sóng RF 433Mhz 22

Hình 2 21: Sơ đồ mạch RF 23

Hì nh 2 22: Sơ đồ phần phát 24

Hình 2 23: Sơ đồ phần thu 25

Hình 2 24: Mạch đóng cắt ( Mạch Động lực ) 25

Hình 2 25: Mạch điều khiển 26

Hình 2 26: Sơ đồ bố trí lắp ráp toàn mạch 26

Hình 2 27: Lưu đồ thuật toán 27

1

Lý do chọn đê tài

1.1

Đặt vấn đề: Ngày nay, xuất hiện hiện tượng bị nhiễu điện ở tần số cao Nguồn điện lưới

truyền tải từ nhà máy phát điện qua các trạm biến thế rồi mới đi đến từng địa điểm sử dụng điện cụ thể Do đó, nếu nguồn điện này không ổn định thì khi đến các hộ gia đình sẽ

bị nhiễu điện, hiệu điện thế thấp hơn mức 220V và dòng điện sẽ bị tăng giảm đột ngột

Để có thể tạo ra âm thanh chất lượng tốt nhất thì ngay từ nguồn phát đến bộ khuếch đại

âm thanh rối qua loa mà vẫn giữ được sắc thái, độ trung thực và không có tình trạng méo tiếng thì dây tín hiệu phải có chất lượng tốt Và với nguồn điện cũng tương tự thế, nguồn điện đã qua thanh lọc vẫn cần phải có bộ dây nguồn thật tốt để đảm bảo có thể dẫn điện một cách hoàn hảo

Do đó chúng em đang đưa ra hướng đề tài “ Thiết kế bộ quản lý nguồn “ vì nó có thể quản lý, kiểm soát nguồn điện trong hệ thống âm thanh, giúp lọc nguồn điện, đảm bảo tính ổn định, tránh các sự cố xảy ra như chập điện, sốc điện gây hư hỏng thiết bị Đây

là thiết bị rất cần thiết trong bất kỳ hệ thống âm thanh đặc biệt là những hệ thống lớn có nhiều thiết bị Hơn nữa nó còn giúp bật/tắt các thiết bị âm thanh lần lượt theo trình tự, hoặc điều khiển từ xa bằng nút bấm ởi việc bật tắt các thiết bị trong dàn âm thanh c ng lúc sẽ làm sụt giảm nguồn điện, gây ảnh hưởng rất lớn đến tuổi thọ c a các thiết bị trong

Trọng lượng c a chi tiết và linh kiện

Đảm bảo yêu cầu cơ khí và linh kiện về hình thức, thẩm mỹ

Dễ dàng lắp ráp và sử dụng

Các chi tiết thiết kế phải ph hợp với giá thành

Phương pháp nghiên cứu.

1.3

• Nghiên cứu tài liệu liên quan: Kỹ thuật điện, kỹ thuật điện tử, …

• Thiết kế mô hình và chạy mô phỏng

2

• Thường xuyên trao đổi với giáo viên hướng dẫn để giải quyết các vấn đề khúc mắc

• Làm việc nhóm thường xuyên để đạt hiệu quả công việc và chia sẻ kiến thức

• Tiến hành hoàn thiện mô hình

• Tìm hiểu nguyên lý hoạt động c a các module và thiết bị điện trong nhà

Muc tiêu, nhi m vệ ụ

1.4

• Nghiên cứu các thiết bị

• Thiết kế mạch điều khiển cho hệ thống

• Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động c a thiết bị quản lý nguồn

• Các linh kiện sử dụng, thông số kỹ thuật

• Kết nối các linh kiện thành mạch điện

• Ứng dụng thực tiễn c a đề tài

Hình 2 1: Sơ đồ khối toàn mạch

2.1.1 Khối điề u khi n tín hi u ể ệ

Hình 2 2: Khối điều khiển tín hiệu

- Sau khi nhận lệnh báo hiệu từ cảm biến hoặc nút nhấn mạch điều khiển xử lý các

tín hiệu nhập từ các phím bấm rồi đưa ra lệnh điều khiển, điều khiển các bộ phận c a máy

2.1.2 Khối điề u khi n ể

Hình 2 4: Khối điều khiển

- Xứ lý tín hiệu từ các phím bấm , rồi đưa ra lệnh điều khiển các bộ phận c a máy

2.1.4 Khối ngu n ồ

Hình 2 6:Khối nguồn

6

- Khối nguồn có chức năng cung cấp các mức điện áp một chiều cho các bộ phận

c a máy, bao gồm các điện áp

+ 12V cung cấp cho mạch mạch cao áp

5V + cung cấp cho Vi xử lý

+ 3,3V cung cấp cho mạch xử lý hình ảnh

- Điện áp đầu vào là nguồn 220V AC , có chức năng lọc bỏ nhiễu cao tần bám theo đường dây điện không để chúng lọt vào trong máy làm hỏng linh kiện và gây nhiễu trên màn hình

- Mạch chỉnh lưu :là mạch điện điện tử chứa các linh kiện điện tử có tác dụng biến

đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều

Hình 2 7: Mạch chỉnh lưu

- iến áp : Truyền đưa năng lượng hoặc tín hiệu điện xoay chiều giữa các mạch điện thông …

8

Sơ đồ nguyên lý

2.2

Hình 2 9: Sơ đồ nguyên lý

9

- Nguyên lý hoạt động :

Khi ta bấm nút On lần 1 thì mạch điện chạy hiện đèn sáng dần từ 1 8 đồng thời - bật dần Relay từ 1 8 sau 3s, khi ta bấm nút On lần 2 thì mạch điện tắt dần từ 8 1 đồng - -thời tắt dần Relay từ 8 1 Khi ta nhấn nút 1, thì nút 1 đảo trạng thái Tắt thành ật và -ngược lại, Relay số 1 cũng đảo trạng thái tắt thành bật và ngược lại Khi ta bấm nút 2, thì nút 2 sau 3s tắt thành bật và ngược lại đồng thời Relay số 2 cũng đảo trạng thái Tắt thành

ật và ngược lại tiếp tực từ nút 3 đến nút 8 tương tự

Chức năng các linh kiện.

hệ thống hoặc bằng bộ lập trình bộ nhớ không mất nội dung qui ước ằng cách kết hợp một CPU linh hoạt 8 bit với Flash trên một chip đơn thể, Atmel 89C51 là một hệ vi tính 8 bit đơn chip mạnh cho ta một giải pháp có hiệu quả về chi phí và rất linh hoạt đối với các ứng dụng điều khiển AT89C51 có các đặc trưng sau: 4Kbyte Flash, 128 byte Ram, 32 đường xuất nhập, hai bộ định thời / đếm 16 bit, một cấu trúc ngắt 2 mức ưu tiên và 5 nguyên nhân ngắt, một port nối tiếp song công, mạch dao động và tạo xung clock trên chip Ngoài ra AT8951 được thiết kế với logic tĩnh cho hoạt đông có tần số giảm xuống 0

và hỗ trợ hai chế độ tiết kiệm năng lượng được lựa chọn bằng phần mềm

10

+ Chế độ nghĩ dừng CPU trong khi vẫn cho phép RAM, các bộ định thời đếm, port nối tiếp và hệ thống ngắt tiếp tục hoạt động Chế độ nguồn giảm duy trì nội dung c a RAM nhưng không cho mạch dao động cung cấp xung clock nhằm vô hiệu hoá các hoạt động khác c a chip cho đến khi có reset cứng tiếp theo Các đặc điểm c a 89C51 như sau:

4 K bộ nhớ có thể lập trình lại nhanh, có khả năng tới 1000 chu kỳ ghi xoá Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz 2

3 mức khóa bộ nhớ lập trình

2 bộ Timer/counter 16 it

128 yte RAM nội

4 Port xuất /nhập I/O 8 bit

Giao tiếp nối tiếp

• Port 0: Gồm 8 chân 32-39 (P0.0…P0,7) Port 0 là port có 2 chức năng Trong các thiết kế cỡ nhỏ không d ng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường IO Đối vớcác thiết kế cỡ lớn có bộ nhớ mở rộng, nó được kết hợp giữa bus địa chỉ và bus dữ liệu

• Port1: Chân 1-8 (P1.0…P1.7) Port 1 là port IO Có thể d ng cho giao tiếp với các thiết bị ngoài nếu cần Port 1 không có chức năng khác, vì vậy chúng chỉ được dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên ngoài

• Port 2: Chân 21-28 (P2.0….P2.7) 4 Port 2 là port có tác dụng kép Được d ng nhưcác đường xuất nhập hoặc byte cao c a bus địa chỉ đối với các thiết bị d ng bộ nhớ mở rộng

12

• Port 3: Chân 10-17 (P3.0…P3.7) Port 3 là port xuất nhập 8 bit 2 chiều có các điện trở kéo lên bên trong Các chân c a port này có nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có lien hệ với các đặc tính đặc biệt c a 8951

• RST: Ngõ vào reset Mức cao trên chân này trong 2 chu kỳ máy trong khi bộ daođộng đang hoạt động sẽ reset AT89C51

• PSEN : Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN (program store enable) điềukhiển truy xuất bộ nhớ chuơng trình ngoài Khi AT89C51 đang thực thi chương trình trong bộ nhớ chương trình ngoài, PSEN tích cực 2 lần cho mỗi chu kỳ máy, 5 ngoại trừ trường hợp 2 tác động c a PSEN bị bỏ qua cho mỗi truy xuất bộ nhớ dữ liệu ngoài

• EA / Vpp: Chân cho phép truy xuất bộ nhớ ngoài EA (external access enable) phải được nối với GND để cho phép chip vi điều khiển tìm nạp lệnh từ các vị trí nhớ c a bộ nhớ chương trình ngoài, bắt đầu từ địa chỉ 0000H cho đến FFFFH Tuy nhiên cần lưu ý là nếu có bit khoá 1(clock bit 1) được lập trình, EA sẽ được chốt bên trong khi reset EA nên nối với Vcc để thực thi chương trình trong chip Chân EA / Vpp còn nhận điện áp cho phép lập trình Vpp trong thời gian lập trình cho Flash, điện áp này cấp cho các bộ phận có yêu cầu điện áp 12V

• XTAL1: Ngõ vào đến mạch khuếch đại đảo dao động và ngõ vào đến mạch tạo xung clock bên trong chip

• XTAL 2: Ngõ ra từ mạch khuyết đại đảo c a mạch dao động

+ D ng để điều khiển các bóng Led c a biển quảng cáo

+ Ưu tiên sử dụng làm biển quảng caoos ngoài trời, ở nơi khó tháo lắp

+ D ng để điều khiển bảng hiển thị thông tin nơi công cộng

13

+ Hầu hết, các nút nhấn (nút ấn) là nhựa hoặc kim loại Hình dạng c a nút ấn có thể

ph hợp với ngón tay hoặc bàn tay để sử dụng dễ dàng Tất cả phụ thuộc vào thiết kế cá nhân

+ Nút nhấn được thiết kế và sản xuất theo tiêu chuẩn cao, có kiểu dáng đẹp, kết cấu chất lượng, chắc chắn, dễ dàng lắp đặt và thay thế

+ Nút nhấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường hở – thường đóng và

vỏ bảo vệ Khi tác động vào nút nhấn, các tiếp điểm chuyển trạng thái, khi không còn tác động, các tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu

- Ứng dụng:

+ Công tắc nút nhấn sử dụng nhiều trong các ứng dụng khác nhau như máy tính, điện thoại nút nhấn và nhiều thiết bị gia dụng ạn có thể nhìn thấy chúng trong nhà, văn phòng và trong các ứng dụng công nghiệp ngày nay Chúng có thể bật, tắt máy hoặc làm cho thiết bị thực hiện các hoạt động cụ thể, như trường hợp với máy tính Trong một số trường hợp, các nút nhấn có thể kết nối thông qua liên kết cơ học, điều khiển một nút nhấn khác hoạt động

+ Đa số, các nút sẽ có màu sắc cụ thể để biểu thị mục đích c a chúng Ví dụ như nút nhất màu xanh thường được sử dụng để bật thiết bị hay nút nhấn màu đỏ để tắt thiết bị Điều này tránh gây nên một sô nhầm lẫn Nút dừng khẩn cấp thường là các nút ấn lớn, thường có màu đỏ và có đầu lớn hơn để sử dụng dễ dàng hơn truyền từ A nốt (kênh P) tới -K-tốt (kênh N), khi nguồn điện lấp đầy chỗ trống sẽ sinh ra bức xạ ánh sáng, những bước sóng phát ra có màu sắc khác nhau t y thuộc vào tạp chất trong chip bán dẫn LED được phân thành 3 loại chính theo dải công suất là cỡ nhỏ, cỡ trung bình và cỡ lớn

có trở kháng cố định, ít bị thay đổi bởi nhiệt độ và điện áp hoạt động

+ iến trở là loại điện trở có thể thay đổi được trở kháng như các núm vặn điều chỉnh âm lượng

+ Các loại cảm biến có điện trở biến thiên như: cảm biến nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, lực tác động và các phản ứng hóa học

+ Điện trở là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện c a vật liệu Điện trở được định nghĩa là tỉ số c a hiệu điện thế giữa hai đầu vật thể đó với cường độ dòng điện đi qua nó R=U/I

Trong đó:

U: là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đo bằng Vôn (V)

I: là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đo bằng Ampe (A)

R: là điện trở c a vật dẫn điện, đo bằng Ohm (Ω)

- Nguyên lý :

15

+ Theo định luật Ohm: điện áp (V) đi qua điện trở tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện (I) và tỉ lệ này là một hằng số điện trở (R)

+ Công thức định luật Ohm: V=I*R

+ Ví dụ: Nếu một điện trở 400 Ohm được nối vào điện áp một chiều 14V, thì cường

độ dòng điện đi qua điện trở là 14 / 400 = 0.035 Amperes

+ Điện trở thực tế cũng có một số điện cảm và điện dung có ảnh hưởng đến mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện trong mạch xoay chiều hiện nay

- Phân loại:

+ Phân loại theo cấu tạo:

Aptomat dạng tép MC (Miniature Circuit reaker): bảo vệ quá tải và ngắn mạch

Hình 2 14: Aptomat dạng tép MCB của hãng LS

16

Aptomat dạng khối MCC (Moulded Case Circuit reaker): bảo vệ quá tải và ngắn mạch

Hình 2 15: Aptomat dạng khối MCCB của hãng Mitsubishi

- Phân loại theo chức năng :

+ Aptomat thường (bảo vệ quá tải, ngắn mạch): MC , MCC

+ Aptomat chống rò: RCC (Residual Current Circuit reaker – aptomat chống dòng rò dạng tép), RC O (Residual Current Circuit reaker with Overcurrent Protection – aptomat chống dòng rò và bảo vệ quá tải dạng tép), ELC (Earth Leakage Circuit Breaker – aptomat chống dòng rò và bảo vệ quá tải dạng khối)

- Phân loại theo số pha/số cực:

- Phân loại theo dòng cắt ngắn mạch:

+ Dòng cắt thấp: thường d ng trong dân dụng Ví dụ MCC NF125-CV 3P 100A

17

- Phân loại theo khả năng chỉnh dòng:

+ Aptomat có dòng định mức không đổi

Ví dụ: MCCB NF400-SW 3P 400A c a Mitsubishi có dòng định mức 400A không thay đổi được

+ Khi đóng mạch, tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ, sau

c ng là tiếp điểm chính Khi cắt mạch thì ngược lại, tiếp điểm chính mở trước, sau đến tiếp điểm phụ, cuối c ng là tiếp điểm hồ quang Như vậy hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm hồ quang, do đó bảo vệ được tiếp điểm chính để dẫn điện D ng thêm tiếp điểm phụ

để tránh hồ quang cháy lan vào làm hư hại tiếp điểm chính

19

+ Ở trạng thái bình thường sau khi đóng điện, Aptomat được giữ ở trạng thái đóng tiếp điểm nhờ móc 2 khớp với móc 3 c ng một cụm tiếp điểm động ật Aptomat ở trạng thái ON, với dòng điện định mức nam châm điện 5 và phần ứng 4 không hút

+ Khi mạch điện quá tải hay ngắn mạch, lực hút điện từ ở nam châm điện 5 sẽ hút phần ứng 4 xuống làm bật nhả móc 3, móc 5 được thả tự do, lò xo 1 được thả lỏng, kết quả các tiếp điểm c a Aptomat được mở ra, mạch điện bị ngắt

- Thông số kĩ thuật :

• In: Dòng điện định mức Ví dụ: MCC 3P 250A 36kA, In = 250A

• Ir: là dòng hoạt động được chỉnh trong phạm vi cho phép c a Aptomat Ví dụ aptomat chỉnh dòng 250A có thể điều chỉnh từ 125A đến 250A

• Ue: Điện áp làm việc định mức

• Icu: Dòng cắt ngắn mạch là khả năng chịu đựng dòng điện lớn nhất c a tiếp điểm trong 1 giây

• Icw: Khả năng chịu dòng ngắn mạch trong 1 đơn vị thời gian

• Ics: khả năng cắt thực tế khi xảy ra sự cố c a thiết bị Khả năng này phụ thuộc vào từng nhà sản xuất do công nghệ chế tạo khác nhau Ví dụ c ng một hãng sản xuất nhưng

có 2 loại MCC là Ics = 50% Icu và Ics = 100% Icu

• AT: Ampe Trip (dòng điện tác động)

• AF: Ampe Frame (dòng điện khung) Ví dụ NF250A 3P 200A và NF250A 3P 250A đều có AF = 250A nhưng một cái sẽ tác động khi dòng vượt quá AT = 200A, một cái sẽ tác động khi dòng vượt quá AT = 250A Thông số AT/AF cho biết độ bền c a tiếp điểm đóng cắt Ví dụ Aptomat 250AT/400AF sẽ có độ bền cao hơn Aptomat 250AT/250AF, kích thước aptomat 400AF cũng lớn hơn, giá thành cao hơn

• Characteritic cuver: là đường cong đặc tính bảo vệ c a C (đường cong chọn lọc

c a C ) Đây là thông số rất quan trọng, quyết định cho việc chọn C ở vị trí nào trong

hệ thống điện

• Mechanical/electrical endurace: Số lần đóng cắt cơ khí cho phép/ số lần đóng cắt điện cho phép