Báo cáo môn học Đồ án 1 thiết kế mạch quạt cảm biến nhiệt Độ

Qua đồ án này chúng em có cái nhìn thực tế hơn, sâu sắc hơn về mạch điện, chúng em cũng đã hiểu thêm nhiều về cách thức xử lý một bài toán thực tế phức tạp và cách các linh kiện điện tử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA : ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO MÔN HỌC

ĐỒ ÁN 1

THIẾT KẾ MẠCH QUẠT CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ

……… Giảng viên: TS Nguyễn Văn Thuấn

Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Hoàng Hiệp K24-TĐH2

Nguyễn Văn Hiếu K24-TĐH2

Hoàng Đăng Hiếu K24-TĐH2

Lê Quang Hậu K24-TĐH2

Hà nội, tháng 11 năm 2023

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

2

Hà Nội, Ngày Tháng Năm 2022 Giảng viên hướng dẫn

MỤC LỤC LỜI NHẬN XÉT

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1.Lý do chọn đề tài

1.2.Mục tiêu của đề tài

1.3.Kế hoạch thực hiện

1.4.Phương pháp nghiên cứu

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU LINH KIỆN

2.1 Điện trở 6

2.2 Tụ điện

2.3 Biến trở tinh chỉnh

2.4 Transistor C1815 8

2.5 Rơ le 9

2.6.Led 10

2.7.Diode 11

2.8.Terminal 12

2.9 Nút ấn 6 chân 12

2.11 Điện nhiệt trở NTC 10K 13

CHƯƠNG III : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO 14

3.1 Sơ đồ mạch nguyên lý 14

3.2 Lựa chọn linh kiện 15

CHƯƠNG IV: Thi Công Mạch 15

4.1 Mạch in 16

4.2 Sản Phẩm 16

Chương V: Kết Luận và hướng phát triển 17

5.1 Kết luận 17

5.2 Hướng phát triển 17

Lời nói đầu

Con người chúng ta là một sinh vật đặc biệt, chúng ta luôn phát triển và hướng tới những thứ mới mẻ nhằm cải thiện và nâng cao chất lượng cuộc sống Đứng trước hời đại 4.0

kỷ nguyên số của toàn nhân loại, những ngành công nghiệp chế tạo như phần mềm, phần cứng, vật liệu linh kiện bán dẫn đã đạt được nhiều thành tựu đángchú ý và góp phần không nhỏ vào sự thay đổi này Nhận thấy tầm quan trọng của sự thay đổi có thể quyết định vận mệnh quốc gia như vậy, những môn liên quan đã được tích hợp sâu vào chương trình đào tạo như một phần không thể thiếu của các trường Cao đẳng, Đại Học, đặc biệt là các trường kỹ thuật nhằm đào tạo ra thế hệ các kỹ sư chất lượng trong tương lai Qua bộ môn “Đồ án 1”, sinh viên sẽ có cái nhìn cụ thể và chi tiết hơn về ngành nghề mình được đào tạo và qua đó sẽ kích thích sự sáng tạo để cho ra những sản phẩm thiết thực phục vụ đời sống

Qua đồ án này chúng em có cái nhìn thực tế hơn, sâu sắc hơn về mạch điện, chúng em cũng đã hiểu thêm nhiều về cách thức xử lý một bài toán thực tế phức tạp và cách các linh kiện điện tử làm việc với nhau Với sự hường dẫn tận tình của TS Nguyễn Văn Thuấn, chúng em hy vọng có thể hoàn thành tốt bài tập lần này Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy

4

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Lí do chọn đề tài

Ngành điện tử là một trong những ngành quan trọng góp phần vào sự phát triển của đất nước Sự phát triển nhanh chóng của khoa học – công nghệ làm cho ngành điện tử ngày càng phát triển và đạt được nhiều thành tựu mới Nhu cầu của con người ngày càng cao là điều kiện thuận lợi cho ngành điện tử phải không ngừng phát minh ra các sản phẩm mới có tính ứng dụng cao, các sản phẩm có tính năng, có độ bền và độ ổn định ngày càng cao

Mạch quạt cảm biến nhiệt độ tự động là một trong số đó Sau khi nghiên cứu và tìm hiểu chúng em ứng dụng, làm nên mạch điện này, sơ đồ mạch khá là đơn giản, những phần tử trong mạch được bán rất nhiều trên thị trường, giá thành rẻ

và đặc biệt ứng dụng của mạch là rất cao

1.2 Mục tiêu của đề tài

- Tìm hiểu nguyên lý, chức năng và tác dụng của mạch điện

- Tìm hiểu được các chức năng, tác dụng của cá linh kiện thiết bị điện tử

- Hoàn thành sản phẩm là mạch quạt cảm biến nhiệt độ tự động

- Rèn luyện cho sinh viên cách tự học, đi đôi với thực hành và khả năng làm việc theo nhóm

1.3 Kế hoạch thực hiện

1.3.1.Các bước thực hiện đồ án

- Bước 1: Tìm hiểu lý thuyết chung của mạch điều khiển Bao gồm nguyên tắc hoạt động của mạch và một số mạch để đưa ra lựa chọn tốt cho đề tài làm đồ án

- Bước 2: Tìm hiểu về các linh kiện, thiết bị điện tử sử dụng trong mạch trên, từ đó tính toán lựa chọn các linh kiện, thiết bị đạt yêu cầu sử dụng trong mạch

- Bước 3: Tìm hiểu cách sử dụng phần mềm vẽ mạch proteus và altium từ đó đưa ra cách vẽ mạch và hoàn thành bản mạch in của mạch

- Bước 4: Sau đã có bản mạch in tiến hành thi công hoàn thành sản phẩm 1.3.2 Đối tượng nghiên cứu:

- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là mạch quạt cảm biến nhiệt độ tự động Để thực hiện được công việc trên, đối tượng cần phải quan tâm là những linh kiện điện tử nào sẽ thực hiện nhiệm vụ đó, quá trình thực hiện của chúng như thế nào

và thực hiện ra sao

1.3.3 Phạm vi nghiên cứu:

- Phạm vi nhiên cứu của đề tài là mạch quạt cảm biến nhiệt độ tự động Linh kiện điện tử nào đóng vai trò chủ đạo thực hiện những nhiệm vụ đó, những linh kiện nào được hỗ trợ, vai trò của chúng như thế nào và tất cả chúng sẽ làm việc

ra sao?

- Phạm vi nghiên cứu của đề tài này là toàn bộ những vấn đề được đặt ra mà đề tài yêu cầu, chỉ tập trung vào những yêu cầu thiết yếu nhất mà đề tài yêu cầu không nghiên cứu rộng hơn, chủ yếu phục vụ cho phòng thực hành

1.4 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lí thuyết: Tìm kiếm và tra cứu những tài liệu có liên quan Nghiên cứu thực nghiệm: Kiểm tra sản phẩm đã làm ra về các thông số kỹ thuật đầu ra theo yêu cầu của đề tài Vì nghiên cứu thực nghiệm trước hết phải từ việc làm ra sản phẩm rồi cuối cùng mới kiểm tra đáp ứng được yêu cầu

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU LINH KIỆN

2.1 Điện trở

a) Khái niệm ,cấu tạo

Khái niệm:

6

Điện trở là linh kiện điện tử thụ động, dùng để cản trở dòng điện.

Ký hiệu và hình dạng:

Cấu tạo :

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

2.2 Tụ điện

a) Khái niệm

Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động có khả năng tích và giải phóng năng lương lượng dưới dạng điện trường

Ký hiệu và hình dạng:

Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay 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 điện gọi 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 tụ giấy, tụ gốm, tụ hoá

2.3 Biến trở tinh chỉnh 10K

a, Khái niệm

Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần hoàn toàn biến đổi được theo ý muốn của người điều khiển Biến trở thường được sử dụng để điều chỉnh hoạt động của mạch điện

Mỗi loại biến trở sẽ có giá trị điện trở khác nhau mang đặc thù riêng Chúng ta có thể điều chỉnh được giá trị của điện trở suất để kiểm soát điện

áp cũng như dòng điện Tuy nhiên, để làm được điều đó thì ở giữa 2 cực

cố định của biến trở sẽ phải được đặt thêm 1 dải điện trở Cực thứ 3 này

sẽ di động trên dải điện trở đó

Cấu tạo:

Cuộn dây được làm bằng hợp kim có điện trở suất lớn

Con chạy/chân chạy Cho khả năng chạy dọc cuộn dây để làm thay đổi giá trị trở kháng

Chân ngõ ra gồm có 3 chân (3 cực) Trong số ba cực này, có hai cực được

cố định ở đầu của điện trở Các cực này được làm bằng kim loại Cực còn lại là một cực di chuyển và thường được gọi là cần gạt Vị trí của cần gạt này trên dải điện trở sẽ quyết định giá trị của biến trở

Các vật liệu có trở kháng là nguyên vật liệu chính được sử dụng để tạo ra những chiếc biến trở, cụ thể như sau

+, Carbon hay còn được gọi là biến trở than: Đây là vật liệu phổ biến nhất cấu thành từ những hạt carbon Chi phí rẻ nên được sản xuất với số lượng lớn tuy nhiên độ chính xác không cao

+, Dây cuốn: Loại dây này thường sử dụng dây Nichrome với độ cách điện cao Do đó mà chúng được sử dụng trong các ứng dụng công suất cao đòi hỏi độ chính xác Tuy nhiên độ phân giải của nhiên liệu này chưa thực sự tốt

+, Nhựa dẫn điện: Thường bắt gặp trong các ứng dụng âm thanh cao cấp Tuy nhiên chi phí cao khiến chúng bị hạn chế

Cermet: Đây là loại vật liệu rất ổn định Tuy nhiên tuổi thọ của chúng không cao và giá thành lớn

2.4 Transistor C1815

a, Khái niệm

8

Transistor C1815 là một linh kiện điện tử có thể sử dụng cho các ứng dụng chung cũng như ứng dụng riêng như một bộ khuếch đại tần số âm thanh Phần lớn các transistor được mã hóa để dễ nhận biết mặc dù thông tin này có thể khác nhau tùy theo nhà sản xuất Một hoặc hai chữ cái thường được theo sau bởi một dãy số, và sau đó có thể là nhiều số Do đó, transistor C1815 cũng có thể là transistor 2SC1815 Chữ C trong tên của

nó có ý nghĩa là loại này sử dụng cho các ứng dụng chung

b) Nguyên lý hoạt động

Được làm từ vật liệu bán dẫn, một transistor có ba chân, đôi khi nhiều hơn Chúng được sử dụng để chuyển tín hiệu điện tử, hoặc xung, hoặc khuếch đại tín hiệu Bạn có thể lấy thêm thông tin từ số bên cạnh Phần

‘2S’ của dãy mã hóa có nghĩa là transistor C1815 sử dụng được cho các ứng dụng tần số cao và cấu hình của nó là NPN (âm- dương – âm) Nó còn có cấu hình khác là PNP (dương – âm – dương)

Cực âm đầu tiên của transistor được nối với cực âm của mạch, và điều khiển dòng điện tử đến phần dương ở giữa Đầu âm còn lại của transistor điều khiển các electron rời khỏi phần dương giữa Vật liệu bán dẫn được

sử dụng để sản xuất transistor sẽ xác định cấu hình NPN hoặc PNP

Ba cực trên transistor được gọi là cực phát, cực gốc và cực thu Cực phát

là đầu ra cho nguồn Cực gốc hoạt động như một cổng điều khiển cho đầu vào điện lớn hơn tại cực thu, cực thu như tên gọi của nó là thu thập năng lượng

Bằng cách thay đổi dòng điện tại cực gốc của transistor, lượng điện từ cực thu đến cực phát có thể điều khiển được

Sơ đồ chân của C1815

2.5 Rơ Le

a) Khái niệm

Rơ le (relay) là một chuyển mạch hoạt động bằng điện Dòng điện chạy qua cuộn dây của rơ-le tạo ra một từ trường hút lõi sắt non làm thay đổi công tắc chuyển mạch Dòng điện qua cuộn dây có thể được bật hoặc tắt,

vì thế rơ-le có hai vị trí chuyển mạch qua lại

Rơ le được sử dụng phổ biến ở các bo mạch điều khiển tự động, chuyên dụng để đóng cắt những cái dòng điện lớn mà những hệ thống mạch điều khiển không thể trực tiếp can thiệp thì người ta sẽ sử dụng rơ le để đóng cắt dòng điện cao rơ le có rất nhiều hình dáng và kích thước và chân cắm khác nhau

2) Cấu tạo

Rơ le gồm nam châm điện (1), cần dẫn động (2) và các ngõ vào ra (3) Khi có dòng điện chạy ở cuộn dây nam châm điện (1), cơ năng làm đổi mạch lối ra từ ngõ "thường đóng" (normally closed, ngõ vẽ bên trên trong sơ đồ) sang ngõ "thường mở" (normally open)

Các thanh đổi mạch có thể có lắp lẫy lò xo để quá trình đóng cắt diễn

ra dứt khoát

2.5.1 Các loại rơ le phổ biến

2.6 Led

a, Khái niệm

10

LED được viết tắt từ light Light-Emitting-Diode, có nghĩa là đi ốt phát quang Về bản chất LED là một đi-ốt, nó chứa một chíp bán dẫn có pha các tạp chất để tạo ra một tiếp giáp P-N, kênh P chứa lỗ trống, kênh N chứa điện tử, dòng điện truyền từ A-nốt( kênh P) đến K-tốt (kênh N) Khi điện tử lấp đầy chỗ trống nó sinh ra bức xạ ánh sáng nhìn thấy

Do cấu tạo của các chất bán dẫn khác nhau mà tạo ra ánh sáng có bước sóng khác nhau Hay nói cách khác là tạo ra ánh sáng đơn sắc có màu khác nhau

2.6.1 Các hình ảnh led cơ bản

2.7 Diode

a) Khái niệm

Diode là linh kiện bán dẫn, nó chỉ cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều duy nhất mà không đi theo chiều ngược lại Diode bán dẫn thông thường đều có nguyên lý cấu tạo chung là khối bán dẫn loại P được ghép với khối bán dẫn loại N và được nối với 2 chân ra là Anode và Cathode Nếu như ghép 2 chất bán dẫn theo tiếp giáp P-N thì ta được 1 Diode, tiếp giáp P-N có đặc điểm đó là: Tại bề mặt tiếp xúc, những điện tử dư thừa ở trong bán dẫn N khuếch tán sang vùng bán dẫn P nhằm lấp vào các lỗ trống tạo thành lớp lon trung hòa về điện Lớp lon này tạo nên miền cách điện giữa 2 chất bán dẫn

b) Cấu tạo

Hình 2.8: Cấu tạo của diode

Diode được cấu tạo từ là một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N Diode có hai cực là Anot (A) và Katot (K), nó chỉ cho dòng một chiều từ A sang K và nó được coi như van một chiều trong mạch điện

và được ứng dụng rộng rãi trong các máy thu thanh thu hình, các mạch chỉnh lưu, ổn định điện áp

c) Phân loại:

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

2.8 Terminal 2

a, khái niệm

Terminal (Domino điện) hay còn được gọi là cầu đấu dây điện, chức năng của nó là kết nối dây điện đến các thiết bị động lực hoặc thiết bị điều khiển Trong tủ điện hay trong hệ thống điện, những domino này sẽ giúp liền mạch Thiết bị này ra đời đã góp phần giải quyết bài toán mà các kỹ sư đa đầu: Vừa tiết kiệm diện tích, đấu nối đơn giản…

12

2.9.1Hình ảnh Terminal 2.9 Nút bấm 6 chân

a, Khái niệm

Nút ấn là một loại công tắc đơn giản điều khiển hoạt động của máy hoặc một số loại quá trình Hầu hết, các nút nhấn là nhựa hoặc kim loại Hình dạng của nút

ấn có thể phù hợp với ngón tay hoặc bàn tay để sử dụng dễ dàng

Nút Nhấn 6 Chân Giữ Trạng Thái được sử dụng làm công tắc ngắt bật điện, cầu nối điện hay làm như nút nhấn thay đôie trạng thái

2.10.1 Hình ảnh nút ấn 6 chân

2.10 Điện trở nhiệt NTC 10K

a, Khái niệm

Điện trở nhiệt hay nhiệt điện trở hay thermistor là loại điện trở có trở kháng của

nó thay đổi một cách rõ rệt dưới tác dụng nhiệt, hơn hẳn so với các loại điện trở thông thường

2.10.1 Hình ảnh Điện nhiệt trở:

CHƯƠNG III : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO

3.1 Sơ đồ nguyên lý

14

Nguyên lý làm việc

Mạch tự động bật quạt sử dụng cảm biến nhiệt NTC và IC LM358 kết hợp với transistor PNP C1815 là một mạch đơn giản để điều khiển quạt tự động bật dựa trên nhiệt độ Cảm biến NTC là một loại cảm biến nhiệt, có đặc tính

là điện trở giảm đi khi nhiệt độ tăng lên Một cách thường được sử dụng để

đo nhiệt độ sử dụng cảm biến NTC là đưa nó vào một mạch chia đế để chuyển đổi giá trị điện trở thành giá trị điện áp

Mạch này sử dụng IC LM358, một bộ so sánh với hai đầu vào điện áp, một đầu vào không đổi và một đầu vào điều chỉnh được Đầu vào không đổi được kết nối với nguồn điện, và đầu vào điều chỉnh được kết nối với mạch chia để cảm biến NTC để đưa giá trị điện áp đến Trong khi đó, transistor PNP C1815 được kết nối như một công tắc, với chân E được kết nối đến nguồn điện, chân B được kết nối đến đầu ra của IC LM358 và chân C được kết nối đến rơle

Khi nhiệt độ tăng lên, giá trị điện trở của cảm biến NTC giảm và giá trị điện

áp tại đầu vào điều chỉnh của IC LM358 cũng giảm Nếu giá trị điện áp này thấp hơn giá trị điện áp tại đầu vào không đổi của IC LM358, thì tín hiệu đầu

ra của IC LM358 sẽ tăng lên, làm cho transistor PNP C1815 không dẫn và kích hoạt rơle đưa quạt bật lên đồng thời led báo hiệu cũng sáng

3.2 Lựa chọn linh kiện

- Điện trở: 10k; 1k

- Nút ấn 6 chân

- Biến trở tinh chỉnh: 10K

- Rơ le 5 chân 5 V

- Domino terminal 2

- Diode 1N4007

- IC LM358

- Nhiệt điện trở NTC 10K

- Đèn Led

- Tụ gốm 104

- Tụ hóa: 100 uF; 16V

- Transistor C1815

CHƯƠNG 4: THI CÔNG MẠCH

4.1 Mạch in

a, Mặt trước

b, Mặt sau:

16

4.2 Sản Phẩm

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN

1, Kết luận

Qua đổ án lần này, với việc thiết kế chế tạo sản phẩm thực tế, em đã tiếp thu được nhiều kinh nghiệm trong việc tính toán, chế tạo sản phẩm Qua đó củng cốthêm những kiến thức mà em đã học đồng thời tạo ra cơ hội để tìm hiểu sâu hơn nữa về môn học

2, Hướng phát triển

- Những hạn chế của đồ án Do trình độ còn hạn chế, bãi thiết kế còn nhiều thiếu sót, nhiều phương án chưa tối ưu, em mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô Qua quá trình thực hiện đề tài, em đã tự đánh giá