Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46 Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội 81 cổng AND mở cho xung nhịp vào, mạch đếm hoạt động cho đến khi dung lợng mạch hết. Mạch điều khiển sẽ điều khiển mạch điện tử hoạt động đa tín hiệu điện áp chuẩn vào mạch tích phân để lấy tích phân U chuẩn trong khoảng thời gian từ 2 0 tữ là: 2 2 0 1 0 t c tp chuan A U UUdttU RC RC = =+= ì Do U chuẩn có cực tính ngợc với U v nên sau khoảng thời gian t 2 , U chuẩn =0V và điện áp so sánh U SS =0, cổng AND đóng lại, lúc này tín hiệu đếm đợc trong mạch sẽ là tín hiệu số tơng ứng với tín hiệu điện áp đa vào U v . Tín hiệu số này đợc đa qua bộ giải mã vào chỉ thị LED kết quả nhiệt độ cần đo sẽ tơng ứng với chữ số hiển thị trên thiết bị hiển thị LED. Để hạn chế dòng vào LED chúng tôi chúng tôi tiến hành tính tiến hành tính toán nh sau: Do đặc điểm của vi mạch ICL7107 là: + Tín hiệu điện áp vào là từ: V200 ữ . + Tín hiệu điện áp ra là từ: VmV 999,1999,1 ữ . + Dòng điện làm việc: A 100 . + Nguồn cung cấp cho vi mạch là: V5 . và đặc điểm của bộ hiển thị LED 7 thanh hiển thị ánh sáng màu đỏ là: + Dòng điện cấp cho mỗi thanh sáng là từ: mAmA 205 ữ . + Nguồn cung cấp cho đèn là: V5 . Nh vậy, mỗi thanh LED sáng cần một điện trở hạn dòng là: = = 150 10020 999,15 AmA VV R , chọn = 150R Mặt khác, để so sánh nhiệt độ đặt và nhiệt độ đo bằng cảm biết một cách trực quan, trong đề tài này tôi có sử dụng hai con ICL7107 với sơ đồ nguyên lý giống nhau nh hình 3.14. Để chỉ thị nhiệt độ đặt và nhiệt độ thực tế trong tủ nuôi cấy vi khuẩn một cách đồng thời. 3.3.6. Nguồn nuôi cho mạch điều khiển trong tủ nuôi cấy vi khuẩn Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46 Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội 82 Tất cả các khối trong mạch điều khiển và đo lờng đều cần phải cung cấp nguồn nuôi cho chúng. Các mạch khuếch đại thuật toán đợc sử dụng trong mạch điều khiển đều làm việc ở điện áp lỡng cực lớn nhất là 15V , nhng trong đề tài này chúng tôi thiết kế dùng nguồn nuôi lỡng cực có điện áp là 9V , còn nguồn nuôi cho bộ hiển thị là 5V . Yêu cầu đối với nguồn nuôi là: nguồn nuôi phải có tính ổn định cao cả khi điện áp lới xoay chiều thay đổi và tải thay đổi. Chất lợng điện áp nguồn nuôi phải ổn định và bằng phẳng. Cấu trúc của nguồn nuôi: gồm có một biến áp có điểm giữa, cầu chỉnh lu bằng Diode làm nhiệm vụ chỉnh lu điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều. Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lu đợc xác định theo biểu thức sau: 2 22 d U U ì = Trong đó: U 2 là giá trị điện áp thứ cấp máy biến áp(MBA). Với giá trị điện áp cần cung cấp cho nguồn nuôi trong mạch điều khiển là 9V và 5V nên ta có dải điện áp làm việc trong khoảng 9 10%VV và 510%V . Xét trờng hợp điện áp chỉnh lu là: 10 10 99 9,9, 55 5,5 100 100 dd UV VUV V=+ì= =+ì= Khi đó ta có điện áp thứ cấp của MBA là: 22 9,9 5,5 11 , 6 22 22 UVUV ì ì ==== Chọn Diode chỉnh lu loại 2N4004 có các thông số kỹ thuật là: U D = 400V, I D = 1A Với các giá trị điện áp này khi qua bộ chỉnh lu sẽ đợc điện áp một chiều nhng chất lợng điện áp thấp và không bằng phẳng cha thể cung cấp cho mạch điều khiển đợc. Do đó để nâng cao chất lợng điện áp chỉnh lu thì trong đề tài này ở bộ chỉnh lu lấy điện áp ra là 9V chúng tôi sử dụng hai IC ổn áp 7809 và 7909, còn bộ chỉnh lu lấy điện áp ra là 5V chúng tôi sử dụng hai IC ổn áp 7805 và 7905, ngoài ra ở trớc và sau IC có mắc thêm các tụ điện Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46 Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội 83 nhằm nâng cao tính bằng phẳng cho điện áp. Sơ đồ của khối nguồn nh hình 3.15a, 3.15b sau: Hình 3.15a. Sơ đồ nguồn nuôi cho điện áp ra 9V Hình 3.15b. Sơ đồ nguồn nuôi cho điện áp ra 5V Theo kinh nghiệm ngời ta thờng chọn tụ C 1 = C 3 = 1000 /25FVDC nhằm cải thiện điện áp vào IC ổn áp. Còn tụ C 2 = C 4 = 100 /25FVDC nhằm cải thiện điện áp nguồn nuôi. Máy biến áp: vừa có nhiệm vụ cách ly điện áp vừa làm nhiệm vụ hạ điện áp xuống mức yêu cầu. Đối với nguồn nuôi chúng tôi sử dụng hai MBA có điểm giữa có điện áp thứ cấp là 12V và 6V, còn nguồn cung cấp cho mạch tạo xung răng ca đồng bộ chúng tôi sử dụng một MBA có điện áp thứ cấp là 9V xoay chiều. 3.3.7.Mạch điều khiển tự động nhiệt độ tủ nuôi cấy vi khuẩn * Sơ đồ nguyên lý mạch tự động điều khiển nhiệt độ tủ nuôi cấy vi khuẩn nh hình 3.16 sau: B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 84 H×nh 3.16. S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46 Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội 85 * Nguyên lý hoạt động của mạch này nh sau: ban đầu tủ cha làm việc, đặt nhiệt độ cho tủ bằng điều chỉnh VR3,VR4. Cấp nguồn điện 220V xoay chiều cho tủ, cầu chỉnh lu cho ra điện một chiều đợc ổn áp bằng hai IC ổn áp 7809 và 7909, cấp nguồn cho mạch điều khiển. Do cảm biến đợc đặt trong tủ nên nhiệt độ thực trong tủ đợc cảm biến nhiệt độ LM335 cảm nhận và chuyển đổi thành tín hiệu điện áp tơng ứng 10mV/ 0 C. Tín hiệu điện áp này qua khâu so sánh và khuếch đại thuật toán U3A(TL084) cho ra tín hiệu thích hợp để so sánh với tín hiệu điện áp đặt (tơng ứng với nhiệt độ đặt). Sai lệch giữa nhiệt độ đặt với nhiệt độ thực trong tủ đo đợc nhờ cảm biến đợc đa đến khâu so sánh thứ hai là U2A(TL082) để so sánh với tín hiệu xung răng ca đồng bộ đợc tạo ra từ mạch tạo tín hiệu điện áp xung răng ca đồng bộ và cho ra tín hiệu dạng xung chữ nhật, sau đó đợc chuyển thành xung nhọn khi qua mạch vi phân R 4 - C 2 , xung nhọn này có cả xung dơng và âm, khi qua Diode (D 2 ) sẽ đợc xung nhọn dơng khi đó trên cuộn sơ cấp của máy biến áp có xung cảm ứng sang thứ cấp để điều khiển Triac. Khi nhiệt độ thực trong tủ thay đổi thì xung nhọn này sẽ mở Triac với góc mở tơng ứng để thay đổi điện áp đặt vào bộ tạo nhiệt và kết quả là nhiệt độ sẽ thay đổi theo. Khi nhiệt độ thực trong tủ mà cảm biến nhận đợc gần bằng nhiệt độ đặt thì mạch điều khiển sẽ điều khiển góc kích lớn, làm cho Triac bị khoá, không cấp điện áp cho sợi đốt, lúc đó lợng nhiệt cấp cho buồng đốt vẫn tăng do quán tính đến lúc nào đó lợng nhiệt trong buồng đốt giảm và dao động quanh nhiệt độ đặt. Khi lợng nhiệt độ trong tủ giảm nhỏ hơn nhiệt độ đặt thì mạch điều khiển lại điều khiển để Triac mở với góc kích nhỏ, điện áp cấp cho bộ tạo nhiệt tăng cho đến khi nhiệt độ trong buồng đốt bằng nhiệt độ đặt và quá trình lại lặp lại. 3.3.8. Sơ đồ mạch in *Sơ đồ mạch in khối đo lờng và hiển thị: Hình 3.17: Trong đó: J1,J2,J3,J4,J5,J6 là các chân cắm LED 7 thanh; J7 là chân đa tín hiệu cần đo; J8 là chân đa nguồn cấp V5 ; == = = 150 211 RRR là các điện trở hạn dòng cho LED, dây vàng là dây nối. B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46 Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi 86 H×nh 3.17 * S¬ ®å m¹ch in m¹ch ®iÒu khiÓn: H×nh 3.18 Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46 Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội 87 Hình 3.18 kết luận và kiến nghị Qua một thời gian thực tập và hoàn thành đề tài tốt nghiệp mặc dù đã gặp rất nhiều khó khăn và thời gian còn hạn chế nhng với sự nỗ lực của bản Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46 Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội 88 thân cùng với sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của các thầy, cô giáo, của các cô (chú) và các anh (chị) làm việc ở phòng Vật t và Thiết bị Y tế thuộc bệnh viện Bạch Mai Hà Nội, của bạn bè đồng nghiệp, đặc biệt là sự giúp đỡ quý báu của thầy Phạm Việt Sơn đến nay đề tài Nghiên cứu và thiết kế mạch tự động điều khiển nhiệt độ tủ nuôi cấy vi khuẩn đã hoàn thành. Từ những kết quả đã đạt đợc tôi mạch dạn đa ra một số kết luận và kiến nghị sau: 1. Kết luận - Đã nghiên cứu và thiết kế thành công bộ tự động điều chỉnh nhiệt độ cho tủ nuôi cấy vi khuẩn theo đúng yêu cầu thực tế. - Đã áp dụng tốt những kiến thức đã học và những kiến thức thực tế vào việc thiết kế mạch tự động điều chỉnh nhiệt độ. - Từ những kiến thức học tập đợc ở nhà trờng và những kiến thức thực tế chúng tôi đã trực tiếp tính toán, thiết kế và lắp ráp mạch điện tử. Qua đó đã củng cố thêm những kiến thức, kỹ năng và khả năng t duy giải quyết các vấn đề chuyên môn. - Qua đề tài chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu kỹ về vi khuẩn thấy đợc những u và nhợc điểm của nó với cuộc sống con ngời và trong sản xuất cũng nh trong nghiên cứu khoa học. - Trong đề tài này khi thiết kế chúng tôi sử dụng cảm biến LM335 để đo nhiệt độ trong tủ nuôi cấy vi khuẩn. Đây là phơng pháp đơn giản có độ chính xác cao và đặc biệt là độ nhạy tơng đối cao đảm bảo tốt cho việc điều khiển. - Đề tài có thiết kế mạch đo và chỉ thị số sử dụng vi mạch ICL7107 để tiện cho việc theo dõi và điều khiển nhiệt độ. 2.Kiến nghị Đề tài này có ý nghĩa thực tiễn cao. Đặc biệt là trong nông nghiệp nh ngành Chăn nuôi Thú y và Bảo vệ Thực vật rất cần có những tủ kiểu này để nghiên cứu và thí nghiệm. Chính vì những lợi ích to lớn đó mà đề tài cần phải Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46 Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội 89 đợc tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện hơn để có thể đa vào sản xuất nhằm nội địa hoá trang thiết bị. Đề tài này chỉ sử dụng các linh kiện điện tử để thiết kế mạch điều khiển nhiệt độ, nếu có thể sử dụng vi điều khiển để thiết kế và điều khiển thì mạch có thể đơn giản và chính xác hơn. Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46 Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội 90 Mục lục Trang Mở đầu 1 1. Đặt vấn đề 1 2. Mục đích của đề tài 2 3. Nội dung của đề tài 2 4. Phơng pháp nghiên cứu 3 Chơng 1: tìm hiểu đặc điểm, điều kiện sinh sống của vi khuẩn và tác động của môi trờng đối với sự phát triển của vi khuẩn 3 1.1. Khái niệm chung 4 1.2. Đặc điểm chung của vi khuẩn 5 1.2.1. Kích thớc nhỏ bé 5 1.2.2. Hấp thu nhiều, chuyển hóa nhanh 5 1.2.3. Sinh trởng nhanh, phát triển mạnh 5 1.2.4. Năng lực thích ứng mạnh và dễ phát sinh biến dị 6 1.2.5. Phân bố rộng, chủng loại nhiều 6 1.3. Điều kiện sinh sống của vi khuẩn 6 1.3.1. Thành phần tế bào và các chất dinh dỡng của vi khuẩn 7 1.3.2. Nguồn thức ăn cacbon của vi khuẩn 9 1.3.3. Nguồn thức ăn nitơ của vi khuẩn 10 1.3.4. Nguồn thức ăn khoáng của vi khuẩn 11 1.4. Tác động của môi trờng đối với điều kiện phát triển của vi khuẩn 12 1.4.1. Cơ chế tác dụng của các yếu tố môi trờng lên vi khuẩn 13 1.4.2. Tác động của các yếu tố vật lý 14 1.4.3. Tác động của các yếu tố hóa học 16 1.4.4. Tác động của các yếu tố sinh học 17 . cấp là 9V xoay chiều. 3.3.7 .Mạch điều khiển tự động nhiệt độ tủ nuôi cấy vi khuẩn * Sơ đồ nguyên lý mạch tự động điều khiển nhiệt độ tủ nuôi cấy vi khuẩn nh hình 3.16 sau: B¸o c¸o tèt. thầy Phạm Vi t Sơn đến nay đề tài Nghiên cứu và thiết kế mạch tự động điều khiển nhiệt độ tủ nuôi cấy vi khuẩn đã hoàn thành. Từ những kết quả đã đạt đợc tôi mạch dạn đa ra một số kết luận và. điểm của vi mạch ICL7107 là: + Tín hiệu điện áp vào là từ: V200 ữ . + Tín hiệu điện áp ra là từ: VmV 999,1999,1 ữ . + Dòng điện làm vi c: A 100 . + Nguồn cung cấp cho vi mạch là: