Dự án kỹ thuật thiết kế mạch Điều khiển quạt theo nhiệt Độ

Tính cấp thiết của đề tài e© _ Đáp ứng nhu cầu trong công nghiệp và cuộc sống hàng ngày: Trong các ứng dụng công nghiệp, việc duy trì nhiệt độ ôn định là vô cùng quan trọng đề bảo vệ cá

TRUONG DAI HOC CONG NGHIEP TPHCM KHOA CONG NGHE DIEN TU’

TP H6 Chi Minh, 04-2024

PHU LUC

2 Mục đích của đề tài 2 << se se texeEee xe secee 3

3.4 — Giới thiệu về transistor C1815 11

3.8 Giới thiệu về đi-ốt phát quang (L,ED) se cssess=see 16

3 Sơ đồ mạch nguyên lý hoạt động 26

PHAN 1: TONG QUAN DE TAI

1 Tính cấp thiết của đề tài

e© _ Đáp ứng nhu cầu trong công nghiệp và cuộc sống hàng ngày: Trong các ứng dụng công nghiệp, việc duy trì nhiệt độ ôn định là vô cùng quan trọng đề bảo vệ các thiết bị điện tử, máy móc và các quy trình sản xuất khỏi tác động của nhiệt độ quá cao Hệ thống điều khiến quạt DC theo nhiệt độ giúp duy trì nhiệt độ môi trường ôn định, tối ưu hóa hiệu suất của các quy trình công nghiệp Trone cuộc sống hàng ngày, việc sử dụng các thiết bị làm mát tự

động như quạt DC điều khiến theo nhiệt độ không chỉ giúp tiết kiệm năng

lượng mà còn tăng cường thoải mái và sự tiện ích cho người dùng Điều này đặc biệt quan trọng trong các không gian sống như phòng ngủ, phòng lam việc hoặc phòng khách

e _ Hiệu suất và tiết kiệm năng lượng: Mạch điều khiến quạt DC theo nhiệt độ được thiết kế để hoạt động chỉ khi cần thiết, dựa trên sự thay đổi của nhiệt độ môi trường Điều này giúp tiết kiệm năng lượng bằng cách tránh việc quạt hoạt động liên tục ở mức cao nhất mà không cần thiết.Ngoài ra, việc điều chỉnh tốc độ quạt dựa trên nhiệt độ cũng mang lại hiệu suất tốt hơn, vì quạt chỉ hoạt động ở mức cần thiết để duy trì nhiệt độ mong muốn

e _ Bảo vệ thiết bị và an toàn: Điều khiển quạt DC theo nhiệt độ không chỉ

giúp duy trì môi trường làm việc lý tưởng mà còn bảo vệ các thiết bị khỏi tác động của nhiệt độ quá cao Điều này có thể kéo dải tuổi thọ của các thiết bị

và piảm nguy cơ hỏng hóc do nhiệt độ quá nóng Hơn nữa, việc sử dụng mạch điều khiến tự động cũng mang lại tính an toàn cao hơn, vì hệ thống sẽ

tự động điều chỉnh và kích hoạt quạt khi cần thiết, giam nguy co gay ra su cố

do quá nhiệt

2 Mục đích của đề tài

¢ Muc dich cua dé tai là thiết kế và phat trién mét mach diéu khién quat DC

theo nhiệt độ sử dụng kết hợp cảm biến nhiệt độ LM35, IC LM358,

transistor C1815, các linh kiện thụ động và relay Mạch này được thiết kế để

tự động điều chỉnh tốc độ quạt dựa trên sự thay đổi của nhiệt độ môi trường, nhằm đảm bảo duy trì nhiệt độ ôn định trong các ứng dụng công nghiệp và gia đỉnh

e _ Cụ thể, mục đích của đề tài bao gồm:

- Xây dựng một hệ thống điều khiển thông mình: Phát triển một hệ thống điều khiến tự động và thông minh để điều chỉnh tốc độ quạt

DC dựa trên nhiệt độ môi trường Điều này giúp tăng cường hiệu suất

3

và tiện ích cho người sử dụng, đồng thời giảm tiêu thụ năng lượng và tăng tuổi thọ của các thiết bị

- Toi wu hoa tiêu thụ năng lượng: Thiết kế mạch điều khiển sao cho tiêu thụ năng lượng được tối ưu hóa, chỉ hoạt động khi cần thiết và s1ữ quạt hoạt động ở mức tốc độ thích hợp để duy tri nhiệt độ mong muốn

- _ Bảo vệ thiết bị và người dùng: Tạo ra một hệ thống an toàn và đáng tin cay, giup bảo vệ các thiết bị điện tử và máy móc khỏi tác động của nhiệt độ quá cao, đồng thời đảm bảo an toàn cho người dùng

- _ Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ mới: Áp dụng các kiến thức và

kỹ thuật mới nhất trong lĩnh vực điện tử và điều khiển để phát triển một giải pháp hiệu quả và hiện đại cho việc điều khiển quạt DC theo nhiệt độ

- Ung dung trong thực tiễn: Xây dựng một sản phâm có thê triển khai trong các ứng dụng thực tế, từ các hệ thống làm mát tự động trong công nghiệp đến các thiết bị gia đỉnh như máy lạnh, tủ lạnh hoặc hệ thống làm mát cho máy tính

Phương pháp nghiên cứu

e 7u thập thông tin và xác định yêu cẩu: Tiên hành nghiên cứu và thu thập

thông tin về các linh kiện cần thiết như cảm biến nhiệt độ LM35, IC LM358,

transistor C1815, relay và quạt DC Xác định yêu cầu kỹ thuật cụ thê của hệ thông, bao gồm ngưỡng nhiệt độ, độ chính xác, và khả năng điều chỉnh tốc

độ của quạt

e 7hiết kế mạch điều khiển: Dựa trên yêu cầu kỹ thuật và thông tin thu thập được, thiết kế mạch điều khiển phù hợp sử dụng các linh kiện đã chọn Bao sồm kết nối và cài đặt các linh kiện, thiết kế mạch PCB, và xác định cách thức hoạt động của mạch điều khiến

®- Mô phỏng và kiểm tra: Sử dụng phần mềm mô phỏng để kiểm tra hiệu suất của mạch điều khiển trong các điều kiện khác nhau Thực hiện kiểm tra thử nghiệm trên môi trường thực tế để đảm bảo tính ứng dụng và đáng tin cậy của hệ thống

© Đánh giá và điễu chính: Đánh giá kết quả thử nghiệm và điều chỉnh mạch

điều khiến đề cải thiện hiệu suất và đáp ứng.Xác định và giải quyết các van

dé tiém an dé dam bao tinh ôn định và an toàn của hệ thông

© 7ích hợp và triển khai: Tiên hành tích hợp mạch điều khiên vào hệ thông

1

tông thê và triển khai trong các ứng dụng thực tế Đảm bảo tính tương thích

và hoạt động ôn định của hệ thống trong môi trường sử dụng cuối cùng

PHAN 2: CO SO LY THUYET

Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gôm việc lựa chọn và phân tích các linh kiện điện tử như cảm biến nhiệt độ LM35, IC LM358, transistor C1815 và relay 12V, sau đó tiến hành thiết kế mạch điều khiển dựa trên các yếu tổ kỹ thuật và tính năng của từng linh kiện Quá trình này bao gồm xây dựng sơ đồ mạch và

phương án kết nối linh kiện một cách hợp lý, đồng thời sử dụng phần mềm mô

phỏng để đánh giá hiệu suất của mạch trong các điều kiện khác nhau

Sau đó, mạch điều khiển sẽ được kiểm tra thử nghiệm trên môi trường thực

tế để đảm bảo tính đúng đắn và hiệu suất của nó Các thử nghiệm này sẽ giúp xác định và điều chỉnh mạch điều khiển để tối ưu hóa hiệu suất và đáp ứng Đồng thời, đánh giá sẽ được thực hiện để so sánh với các phương pháp điều khiển khác va dé xuất các cải tiến tiếp theo

Cuối củng, mạch điều khiến sẽ được triển khai vào các ứng dụng thực tế như

hệ thống làm mát tự động trong công nghiệp hoặc các thiết bị gia đình Quá trình này sẽ đi kèm với việc đánh giá tính ứng dụng và đáng tin cậy của mạch điều khiển trong các điều kiện sử dụng thực tế và thu thập phản hỗi từ người dùng

Đê tài này tập trung vào việc phát triên mét hé thong diéu khién quat DC theo nhiệt độ, sử dụng cảm biến nhiệt độ Mục tiêu chính của nó là tự động điều chỉnh tốc độ quạt dựa trên sự thay đổi của nhiệt độ môi trường, nhằm duy trì một mức độ nhiệt độ ốn định trong các ứng dụng công nghiệp và gia đình

Điều khiến quạt DC theo nhiệt độ không chỉ giúp tôi ưu hóa tiêu thụ năng

lượng bằng cách chỉ hoạt động quạt khi cần thiết, mà còn giúp bảo vệ các thiết

bị điện tử và máy móc khỏi tác động của nhiệt độ quá cao Hệ thống sẽ được thiết kế để tự động kích hoạt quạt khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng cho phép, đồng thời điều chỉnh tốc độ quạt để duy trì một mức độ nhiệt độ an toàn và thoải mái Các bước nghiên cứu bao gồm lựa chọn và phân tích các linh kiện điện tử,

thiết kế mạch điều khiên, mô phỏng và kiểm tra hiệu suất, điều chỉnh và tối ưu

hóa mạch, đánh giá và so sánh với các phương pháp điều khiển khác, và cuỗi cùng là triển khai và ứng dụng thực tế Mục tiêu cuối cùng của đề tài là tạo ra

một giải pháp hiệu quả vả hiện đại cho việc điều khiển quạt DC theo nhiệt độ

trong các ứng dụng công nghiệp và gia đình

3 Giới thiệu các linh kiện trong mạch

31 Giới thiệu cảm biến nhiệt độ LM35

e Sơ đồ chân của cảm biến nhiệt độ LM35

Hình bên dưới cho thấy hình dạng và sơ đồ chân của cảm biến LM35

1 Vec hay +Vs Chân cấp nguồn với điện áp từ 4V đến 30V

Chân lấy điện áp ra, điện áp ở chân này thay đổi

- _ Nhiệt độ thay đổi tuyến tính: 10mV/độ C

- _ Khoảng nhiệt độ đo được: (-55) — 150 độ C

- _ Độ tự gia nhiệt thấp, 0.08 độ C trong không khí tinh

- _ Sai số: 0.25 độ C

- Trở kháng ngõ ra nhỏ: 0.2 Ohm voi dong tai ImA

- Kiểu chân: TO92

- - Kích thước: 4.3x 4.3mm

° Nguyễn lý hoạt động của LM35 Cảm biến LM35 hoạt động bằng cách cho ra một giá trị điện áp

nhất định tại chân V(out) ứng với mỗi mức nhiệt độ Như vậy,

bằng cách đưa vào chân (1) của cảm biến điện áp hoạt động

cho phép, chân (3) nối đất, đo hiệu điện thế ở chân (2), sẽ có

được nhiệt độ (0 — 100 độ C) tương ứng với điện áp đo được

Ta thường dùng op-amp đề khuếch đại điện áp ngõ ra của cảm biến này do điện áp ngõ ra tương đối nhỏ

© Ung dung ctia cam bién nhiét d6 LM35

- Hoc tap va nghién ctu

- Đo nhiệt độ của một môi trường cụ thé

- _ Giám sát nhiệt độ của một hệ thống

- _ Cung cấp thông tin về nhiệt độ của một linh kiện khác

32 — Giới thiệu về tụ điện

© Cấu tạo của tụ điện

- - Tấm kim loại: Sử dụng ít nhất hai dây dẫn thường là tam kim loai, hai tam này được đặt song song với nhau với chất điện môi hay chất cách điện được đặt ở gira

Chất điện môi: sử dụng các chất dẫn điện như thuỷ tinh, giấy, giấy tâm hoá chất, mica, gốm, màn nhựa hay không khí Chất điện môi có vai trò tăng khả năng tích trữ năng lượng của tụ điện

Nguyên lý phóng nạp: khả năng tích trữ năng lượng điện như

ắc quy nhỏ đưới dạng năng lượng điện trường Tụ điện là nơi lưu trữ các electron và phóng chúng ra đề tạo thành các dòng

điện Chúng khác với ắc quy bởi không có khả năng sinh ra

các điện tích mà chỉ lưu trữ Nguyên lý xả nạp: Nguyên lý quan trọng giúp tụ điện có thế cho các dòng điện xoay chiều đi qua, cụ thể sự chênh lệch điện thế trên hai bề mặt là điện thế xoay chiều, sự tích luy điện bị chậm pha so với điện áp tạo ra trở khang trong mach điện xoay chiều Nếu điện áp hai bản mạch không thay đổi đột ngột mả không biến thiên theo thời gian, khi nạp hoặc xả

tu sé gay nỗ và có tia lửa do điện áp thay đổi đột ngột

Khả năng nạp xả thông minh: có thể nhận điện áp một chiều, cho điện áp xoay chiều đi qua đồng thời truyền tín hiệu giữa các tầng khuếch đại đề có thêm sự chênh lệch điện thế Lọc điện áp xoay chiều thành điện ap một chiều: tụ điện có khả năng loại bó pha âm nên có vai trò lọc điện áp xoay chiều thành một chiều, giúp ứng dụng nhiều trong thực tế

° Ứng dụng của tụ điện trong thực tê Dùng trong các mạch điện kỹ thuật, điện tử, trong các mach giup truyén dẫn tín hiệu, lọc nhiễu, lọc điện nguồn, tạo dao dong

Lắp đặt trong các hệ thống âm thanh xe hơi với khả năng lưu trữ điện năng dùng cho bộ khuếch đại

Xây dựng các bộ nhớ kỹ thuật số động cho máy tính nhị phân

sử dụng các ống điện tử

Tụ điện ứng dụng trong xử lý tín hiệu, khởi động động cơ hay điều chỉnh mạch

- _ Điện áp nguôn đơn: 3-32V

- _ Điện áp nguồn đôi: 1,5 - 16V

- Dòng điện hoạt động rất thấp: khoảng 500 uA

- _ Dải tín hiệu cùng pha mở rộng tới nguồn âm

- _ Bảo vệ quá áp ở lỗi ra

- Bảo vệ ngắn mạch bên trong

10

34 Giới thiệu về transistor C1815

e (Au tao: Transistor C1815 duoc lam tir vat ligu ban dan

¢ Neuyén ly hoạt động: Transitor 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.Nếu ở chân B không có dòng thì lớp bán

dẫn không mở và không có dòng qua CE

Dòng qua B được tính theo công thức : IC = J.IB

trong đó :

- _ IC là dòng chạy qua mối CE

- _ IB là dòng chạy qua mỗi BE

- Blahé số khuyếch dai cua Transistor

- Dùng để khuếch đại: Chỉ cần một dao động nhỏ ở đầu vào của transistor, nó cũng sẽ khuếch đại sự thay thôi và xuất tín hiệu

ra ở chân cực C Chức năng khuếch đại này được dùng trong các thiết bị điện tử như đài radio, điện thoại, TV, các sản phẩm công nghệ số, Chất lượng âm thanh do chất lượng transistor

11

35 Giới thiệu về điện trở

® Hinh dạng va kí hiệu:

Trong thiết bị điện tử điện trở là một lình kiện quan trong, chung được làm từ hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo ra được các loại điện trở có trị số khác nhau

Ký hiệu của điện trở trên những sơ đồ nguyên tắc

se Đơn vị do của điện trở

- Don vi dién tro la QO ( Ohm ), KQ, MQ

Phan loại diện trở

Điện trở vạch màu thông thường : là các điện trở có công suất

Điện trở đán SMD

Điện trở thanh

13

36 Gidi thiéu vé IC 6n ap 7812

© So dé chan:

e Thông s6 ki thuat:

14

37

- IC 7812 (LM7812) được biết đến là một trong những dòng IC ổn áp có tác dụng dùng đề ôn định điện áp 12V đầu ra, với đầu vào cực đại (Max) là 36V, cực tiêu (Min) la 15V

- Số lượng chân của IC khá ít nên rất thích cho các mạch điện tử với điện áp nhỏ, IC tích hợp trong gói TO-200

- Với IC 7812 hiện nay được tích hợp các chức năng bảo vệ ngắn mạch, bảo

vệ quá nhiệt và g1ữ các linh kiện transistor công suất trong mạch làm việc ở ngưỡng an toàn để tránh trường hợp mạch có vấn đề nhưng không thế phá huy IC

- IC 7812 chu yếu làm nhiệm vụ điều chỉnh điện áp cô định, bạn có thể xem

sơ đồ chân và sơ đồ nguyên lý của mạch điện áp cô định đầu ra 12V

- Điện áp đầu ra: +12V DC, IC 7812 được tích hợp chức năng bảo vệ khỏi

dòng điện cao Nó có một bộ tản nhiệt với điểm chung được kết nối với nó Tản nhiệt giup ic ôn áp của chúng ta không bị quá nhiệt và đoản mạch

- Dòng ra: lên đến 1.5A, ic ôn áp 7812 không yêu cầu bát kỳ thành phần nào

để cân băng hoặc bão hòa điện áp đầu ra của chúng

Các ứng dụng thực tế của IC 7812: IC LM7812 thường được sử dụng trong các mạch như:

- Mạch nguồn 12V

- Bộ điều khiển động cơ

- _ Nguồn cấp năng lượng mặt trời

- _ Một số ứng dụng liên quan tới vi điều khiến

Giới thiệu về biến trở (chiết áp)

Biến trở là 1 thiết bị điện Nó có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý

muốn của người dùng Thiết bị có thế được sử dụng tại các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện đó

15

¢ Ki hiéu trong mạch:

e Céu tao cua bién tro: bién tro la 1 thiét bi được tạo từ nhiều bộ phân chứ

không phải là 1 thiết bị riêng lẻ Nếu nhìn tổng quan thì ta sẽ thấy thiết bị

được phân thành 3 bộ phận chính Bao gồm:

Một con chạy hay chân chạy Nó cho khả năng chạy dọc cuộn dây

để có thê làm thay đôi gia trị của trở kháng

Cuộn dây: Được làm hoàn toàn bằng hợp kim, điện trở suất của nó lớn

Chân ngõ ra: Gồm có 3 chân hay là 3 cực Các cực đều được làm bằng kim loại hoàn toàn Trong đó, 2 cục sẽ được cô định ở 1 đầu của điện trở Cực còn là là cực di chuyển mà người trong ngành hay gọi là cần gat VI tri can gat nay nằm trên dải điện trở Và nó

sẽ quyết định giá trị của biến trở này

Dây cuốn: Hầu hết các hãng đều chọn dây Nichrome vì nó có độ cách điện cao Vì thế mà dây này có thể được ưu tiên dùng cho những ứng dụng công suất cao, yêu cầu độ chính xác tối đa Nhược điểm của nó là độ phân giải nhiên liệu không được tốt Biến trở than (hay còn gọi là carbon): Vat liệu này phổ biến nhất

vì nó được hình thành từ những carbon nên giá thành rẻ Các hãng

có thể sản xuất với số lượng lớn Tuy nhiên, người dùng cần cân nhắc vì độ chính xác không cao

Cermet: Loại vật liệu này rất ôn định khi được sử dụng nhưng giá thành lớn và tuổi thọ không cao cũng khiến 1 số khách hàng cảm thấy phân vân

Cuối cùng là nhựa dẫn điện: Chúng ta thường bắt gặp trong các ứng dụng âm thanh cao cấp Do đây là vật liệu đắt đỏ, chỉ phí cao nên chúng bị hạn chế khi sử dụng

16