Thiết kế bộ điều khiển thiết bị điện bằng âm thanh

Khoá luận tốt nghiệp GVHD: Trần Quang Huy LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực khóa luận tốt nghiệp, nhận nhiều giúp đỡ quý báu thầy cô bạn, đặc biệt thầy Trần Quang Huy người trực tiếp giúp đỡ tận tình suốt trình nghiên cứu thực đề tài Tôi xin chân thành cám ơn tới thầy, cô khoa Vật lý giúp đỡ để hoàn thành khoá luận theo thời gian dự kiến Tôi xin kính chúc thầy, cô dồi sức khỏe, hạnh phúc thành công sống Mặc dù cố gắng nhiều để hoàn thành đề tài này, song giới hạn thời gian kiến thức, nên nội dung nhiều thiếu sót Rất mong đóng góp ý kiến quý thầy cô bạn sinh viên để luận văn hoàn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn.! Xuân Hoà, ngày tháng năm 2011 Sinh viên Đinh Trọng Đại SVTH: Đinh Trọng Đại K33D – Sư phạm kỹ thuật Khoá luận tốt nghiệp GVHD: Trần Quang Huy LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan trước hội đồng xét khoá luận tốt nghiệp Đây đề tài tự tìm hiểu nghiên cứu hướng dẫn thầy Trần Quang Huy Đề tài không trùng với đề tài trước Nếu sai, xin chịu kỷ luật trước hội đồng Xuân Hoà, ngày tháng năm 2011 (Sinh viên) Đinh Trọng Đại SVTH: Đinh Trọng Đại K33D – Sư phạm kỹ thuật Khoá luận tốt nghiệp GVHD: Trần Quang Huy MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU PHẦN A: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 1: MẠCH NGUỒN 1.1 Khái niệm 1.2.Chỉnh lưu pha không điều khiển 1.3 Ổn định điện áp nguồn Chương 2: MICROPHONE 10 2.1 Khái niệm 10 2.2 Cấu tạo 10 2.3 Phân loại Micro 11 2.4 Cực – hướng bắt micro 13 Chương 3: KHUẾCH ĐẠI THUẬT TOÁN 16 3.1 Các tính chất chung IC thuật toán 16 3.2 Các mạch khuếch đại dùng khuếch đại thuật toán 18 3.3 Các phương pháp chống trôi bù điểm không 19 3.4 Mạch cộng 22 3.5 Mạch trừ 23 3.6 Mạch vi phân, mạch tích phân 24 3.7 Mạch lọc tần số 26 Chương 4: MẠCH TẠO DAO ĐỘNG 37 SVTH: Đinh Trọng Đại K33D – Sư phạm kỹ thuật Khoá luận tốt nghiệp GVHD: Trần Quang Huy 4.1 Khái niệm mạch tạo dao động 37 4.2 Một số mạch tạo dao động 37 4.3 IC tạo xung NE555 42 Chương 5: TỔNG QUAN VỀ TRIGƠ 45 5.1 Khái niệm 45 5.2 Phân loại 46 5.3 Flip – Flop JK 47 Chương 6: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN BẰNG ÂM THANH 51 6.1 Khối nguồn nuôi 51 6.2 Khối khuếch đại 51 6.3 Khối tạo dao động 53 6.4 Thiết lập trạng thái cho Rơle IC 74LS73N 56 6.5 Tổng thể điều khiển thiết bị điện âm 57 Chương 7: THI CÔNG, KIỂM TRA VÀ VẬN HÀNH 60 7.1 Xây dựng mạch in từ mạch nguyên lý 60 7.2 In mạch Bords đồng cố định linh kiện 61 7.3 Một số hình ảnh điều khiển thiết bị điện âm 61 KẾT LUẬN 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 SVTH: Đinh Trọng Đại K33D – Sư phạm kỹ thuật Khoá luận tốt nghiệp GVHD: Trần Quang Huy LỜI MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ngày nay, khoa học công nghệ phát triển ngày cao, điều khiển tự động trở thành lĩnh vực quan trọng đời sống xã hội Ở vị trí nào, công việc tiếp cận với công nghệ điều khiển tự động, yếu tố quan trọng định đến suất hoạt động sản xuất nâng cao chất lượng sống người Ngày nay, công nghệ điều khiển cũ tồn tại, nhiên kỹ thuật điều khiển tự động với công nghệ cao, ưu việt ứng dụng rộng rãi vào đời sống sinh hoạt sản xuất toàn thể xã hội Một công nghệ ý tới phát triển tương lai công nghệ điều khiển từ xa Trong điều khiển thiết bị điện âm vấn đề nhiều người quan tâm Nhưng lĩnh vực mẻ, chưa khai thác hết tiềm Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn định lựa chọn đề tài: “ Thiết kế điều khiển thiết bị điện âm ” Mục đích nghiên cứu đề tài - Tìm hiểu công nghệ điều khiển thiết bị điện âm - Thiết kế mạch điện điều khiển thiết bị điện âm - Thi công, kiểm tra vận hành Đối tượng, phạm vi nghiên cứu - Nguồn chiều - Microphone SVTH: Đinh Trọng Đại K33D – Sư phạm kỹ thuật Khoá luận tốt nghiệp GVHD: Trần Quang Huy - Khuếch đại thuật toán - OA - Cách tạo xung từ NE555 - IC tạo xung NE555 - Sử dụng Trigơ RS để thiết lập trạng thái - Flip Flop - JK Phương pháp nghiên cứu Kết hợp lý thuyết với thực nghiệm Cấu trúc đề tài Ngoài phần Mở đầu, Kết luận, Tài liệu tham khảo đề tài gồm có hai phần: Phần A: Cơ sở lý thuyết Trong phần gồm có chương: Chương 1: Mạch nguồn Chương 2: Microphone Chương 3: Khuếch đại thuật toán Chương 4: Mạch tạo dao động Chường 5: Tổng quan Trigơ Phần B : Thiết kế, thi công, kiểm tra vận hành Trong phần gồm chương: Chương 6: Thiết kế mạch điều khiển Chương 7: Thi công, kiểm tra vận hành SVTH: Đinh Trọng Đại K33D – Sư phạm kỹ thuật Khoá luận tốt nghiệp GVHD: Trần Quang Huy PHẦN A : CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương : MẠCH NGUỒN 1.1 Khái niệm Các thiết bị điện tử nuôi trực tiếp nguồn điện chiều, mà nguồn điện phổ biến nhất, thuận lợi nhất, kinh tế với công suất lớn lại nguồn điện lưới - nguồn điện xoay chiều có tần số 50Hz Để sử dụng nguồn điện xoay chiều cung cấp cho thiết bị tiêu thụ điện chiều, ta phải biến đổi dòng xoay chiều thành dòng điện chiều Sự biến đổi điện áp, dòng điện xoay chiều thành điện áp, dòng điện chiều gọi chỉnh lưu Ngày để thực việc chỉnh lưu người ta dùng linh kiện bán dẫn silic điốt thyristor Trong chỉnh lưu, điốt gọi van không điều khiển Các thyristor gọi van có điều khiển Các van chỉnh lưu bán dẫn có ưu điểm: - Hiệu suất cao - Nhiệt độ làm việc thấp - Thể tích trọng lượng nhỏ - Làm việc tức thời Tuy nhiên, có số nhược điểm: - Các tham số phụ thuộc nhiệt độ - Chịu nhiệt độ thấp  1500 C - Chịu dòng, áp Các tham số kỹ thuật: - Dòng điện định mức Iđm (A) - Điện áp ngược cực đại Ungmax (V) - Sụt áp thuận ΔU (V) - Điện áp điều khiển UG (V) SVTH: Đinh Trọng Đại K33D – Sư phạm kỹ thuật Khoá luận tốt nghiệp GVHD: Trần Quang Huy - Dòng điện điều khiển IGK (mA) - Dòng điện rò I0 (mA) 1.2.Chỉnh lưu pha không điều khiển Chỉnh lưu điều khiển chỉnh lưu dùng van chỉnh lưu điốt điện áp chiều chỉnh lưu không điều chỉnh Các chỉnh lưu pha có công suất nhỏ vừa ( Q = 1, Q = - Q = > Ngõ = - Q = > Transistor hồi tiếp không dẫn * Tụ C tiếp tụ nạp từ điện áp Vcc/3 -> 2Vcc/3: - Lúc này, V+1 < V-1 Do O1 = SVTH: Đinh Trọng Đại 58 K33D – Sư phạm kỹ thuật Khoá luận tốt nghiệp GVHD: Trần Quang Huy - V+2 < V-2 Do O2 = - R= 0, S = > Q, Q giữ trạng thái trước (Q=1, Q =0) Transistor không dẫn * Tụ C nạp qua ngưỡng 2Vcc/3: - Lúc này, V+1 < V-1 Do O1 = - V+2 > V-2 Do O2 = - R= 1, S = > Q=0, Q = - Q = > Ngõ đảo trạng thái = - Q = >Transistor dẫn, điện áp chân xuống V - Tụ C xả qua Rb Với thời Rb.C - Điện áp tụ C giảm xuống tụ C xả, làm cho điện áp tụ C nhảy xuống 2Vcc/3 6.3.2 Tính toán thông số Thông thường mạch dao động ta có công thức tính thời gian ngừng dẫn transistor là: T= R.C.ln2 = 0.693.R.C  Thời gian ngưng dẫn mức áp cao lúc tụ C14 nạp dòng qua R9: Tn = 0.693.R9.C14 Thời gian ngưng dẫn mức áp thấp lúc tụ C14 xả dòng qua R9: Tx = 0.693 R9 C14 Như chy kỳ tín hiệu : T = Tn + Tx SVTH: Đinh Trọng Đại 59 K33D – Sư phạm kỹ thuật Khoá luận tốt nghiệp GVHD: Trần Quang Huy T = 0.693 2R9 C1 6.4 Thiết lập trạng thái cho Rơle IC 74LS73N 6.4.1 Sơ đồ nguyên lý 6.4.2 Nguyên lý hoạt động Trước có tín hiệu vào chân (CLK) IC 74LS73N tương ứng điện áp chân 0, hai chân (CLOK) (CLEAR) bị đóng kín bất chấp thay đổi điện áp chân 14 ( J ) (K) điện áp ngõ chân 12 (Q) = 0, 13( Q ) > lúc điện áp chân B Trasito ( T2) có điện áp với điện áp chân 12 (Q) = Rơle (k1) dòng SVTH: Đinh Trọng Đại 60 K33D – Sư phạm kỹ thuật Khoá luận tốt nghiệp GVHD: Trần Quang Huy điện qua nên quận hút Rơle chưa hút lõi thép  tiếp điểm thường mở Rơle chưa đóng lại  thiết bị điều khiển chưa cấp điện ( nguồn 220 V) - Khi chân có tín hiệu hay điện áp CLK > lúc cho phép hai cổng hoạt động điện áp chân J > 0, K > 0, CLEAR > trạng thái trước xóa thiết lập lại Lúc ngõ 12 có mức điện áp lớn ngõ 13 có điện áp chân B T2 có điện áp lớn  T2 phân cực thuận, cho dòng điện qua  quận hút Rơle cấp điện hút lõi sắt làm cho tiếp điểm thường mở đóng lại  thiết bị điểu khiển cáp nguồn 6.5 Tổng thể điều khiển thiết bị điện âm 6.5.1 Sơ đồ nguyên lý điều khiển thiết bị điện âm SVTH: Đinh Trọng Đại 61 K33D – Sư phạm kỹ thuật Khoá luận tốt nghiệp SVTH: Đinh Trọng Đại GVHD: Trần Quang Huy 62 K33D – Sư phạm kỹ thuật Khoá luận tốt nghiệp GVHD: Trần Quang Huy 6.5.2 Nguyên lý hoạt động toàn mạch Khi có tín hiệu âm đưa vào micro, màng loa dao động theo tần số âm tạo cuộn dây từ trường biến thiên dòng điện âm tần (đòng điện xoay chiều tần số từ 20 Hz – 20.000 Hz) tạo Tín hiệu điện âm tần đưa qua tụ C7 để loại bỏ hoàn toàn thành phần chiều để lọc thông trước khuếch đại mạch khuếch đại vi sai đảo Hệ số khuếch đại mạch phụ thuộc vào tỉ số Zi / Zf (tức R3 / R4 = 1000 lần) Tín hiệu sau khuếch đại đưa vào cực B T1 để điều khiển đóng mở T1 – độ nhạy mạch với âm điều chỉnh cách thay đổi giá trị biến trở R2 (có tác dụng cầu phân áp) Tín hiệu từ cực C T1 đưa vào chân số IC NE555 đầu vào đảo Trigo, mạch tạo xung bắt đầu hoạt động nguyên lý trình bày Tín hiệu xung chân số Ne555 đưa vào chân CLK Trigo RS mắc theo kiểu Trigo T, đảo trạng thái đầu Q Q (đầu Q lúc đầu có giá trị 0) Khi đầu Trigo có giá trị 1, ứng với mức điện áp cao T2 phân cực thuận, T2 dẫn cung cấp dòng áp cho cuộn hút relay Các tiếp điểm thường mở relay đóng lại, khép kín mạch cung cấp nguồn cho thiết bị điện hoạt động Khi có tín hiệu âm tiếp theo, Trigo lật trạng thái đầu Q mức thấp (0 V) T2 không dẫn làm cho cuộn hút relay bị ngắt điện tiếp điểm relay trở lại trạng thái ban đầu ngắt điện nguồn cho thiết bị SVTH: Đinh Trọng Đại 63 K33D – Sư phạm kỹ thuật Khoá luận tốt nghiệp GVHD: Trần Quang Huy Chương : THI CÔNG, KIỂM TRA VÀ VẬN HÀNH 7.1 Xây dựng mạch in từ mạch nguyên lý SVTH: Đinh Trọng Đại 64 K33D – Sư phạm kỹ thuật Khoá luận tốt nghiệp GVHD: Trần Quang Huy 7.2 In mạch Bords đồng cố định linh kiện 7.3 Một số hình ảnh điều khiển thiết bị điện âm SVTH: Đinh Trọng Đại 65 K33D – Sư phạm kỹ thuật Khoá luận tốt nghiệp SVTH: Đinh Trọng Đại GVHD: Trần Quang Huy 66 K33D – Sư phạm kỹ thuật Khoá luận tốt nghiệp GVHD: Trần Quang Huy KẾT LUẬN Sau trình nghiên cứu đề tài, giúp đỡ bảo tận tình thầy Trần Quang Huy hoàn thành đề tài “ Thiết kế điều khiển thiết bị điện âm thanh” đạt kết sau: - Hiểu mạch nguồn chiều, Microphone, khuếch đại thuật toán OA, IC555, Flip – Flop JK - Hiểu nguyên lý điều khiển thiết bị điện âm - Thiết kế thi công thành công điều khiển thiết bị điện âm Sản phẩm hoạt động tốt - Biết trình tự làm đề tài nghiên cứu khoa học Bên cạnh có số hạn chế sau: - Độ nhạy sản phẩm chưa cao giá thành chế tạo cao so với tính sản phẩm Phương hướng khắc phục hạn chế sản phâm - Tích hợp thêm vi xử lý dùng IC HM2007 SRAM để nhận biết giọng nói lưu âm lệnh - Giảm giá thành cách nâng cao tiện ích sản phẩm Trong suốt trình thực đề tài, nhận nhiều đóng góp ý kiến, giúp đỡ thầy cô bạn bè, lấy làm biết ơn Nhưng đề tài nhiều thiếu sót, kính mong góp ý thầy cô bạn Tôi xin chân thành cảm ơn! SVTH: Đinh Trọng Đại 67 K33D – Sư phạm kỹ thuật Khoá luận tốt nghiệp GVHD: Trần Quang Huy TÀI LIỆU THAM KHẢO Ths Ngô Đức Thiện - Cơ sở kỹ thuật điện - điện tử - NXB Hà Nội - 2006 2.TS Nguyễn Viết Nguyên - Giáo trình linh kiện điện tử ứng dụng – NXB Giáo dục - 2008 3.Bạch Gia Dương, Chử Đức Chính - Kỹ thuật điện tử thực hành – NXB ĐH Quốc Gia Hà Nội - 2007 Đỗ Xuân Thụ, Nguyễn Viết Nguyên - Kỹ thuật điện tử - NXB Giáo dục 2009 Đại học Thanh Hoa Bắckinh – Cơ sở kỹ thuật điện tử số - NXB Giáo dục 1988 SVTH: Đinh Trọng Đại 68 K33D – Sư phạm kỹ thuật [...]... gọi là Micro, Mike hay Mic) là một thiết bị biến năng lượng âm học sang cảm biến điện tử Nó chuyển đổi âm thanh sang tín hiệu điện tử Microphone được dùng trong nhiều ứng dụng như điện thoại, máy thu âm, các sản phẩm điện ảnh, thu thanh, radio và Tivi, thu tiếng trong máy tính, gọi VOIP trong phạm vi đề tài này, Microphone đóng vai trò là một cảm biến âm thanh, là bộ phận thu nhận tín hiệu quan trọng... toán Bộ khuếch đại thuật toán được ký hiệu như hình 3.1 Trong đó Uv, Iv là điện áp, dòng điện vào cửa thuận Uđ , Iđ là điện áp, dòng điện vào cửa đảo, Ur , Ir là điện áp ra và dòng điện ra U0 là điện áp vào giữa hai cửa Bộ khuếch đại thuật toán khuếch đại hiệu điện áp U0 = Uv- Uđ với hệ số khuếch đại K0 > 0 Do đó điện áp raUr =K0.U0= K0(Uv-Uđ) Nếu Uđ = 0 thì Uv = K0.Uv lúc này điện áp ra cùng pha với điện. .. động tự do - Bộ phận cố định gồm có một nam châm vĩnh cửu để tạo ra từ thông và một cuộn dây âm thanh được quấn cố định trên một lõi mạch từ Lõi mạch từ này cùng với bộ phận ứng sẽ tạo thành một mạch dẫn từ thông khép kín do nam châm vĩnh cửu tạo ra - Khi có âm thanh, các dao động âm thanh sẽ làm rung bộ phận ứng, khi đó khe từ (có độ rộng a) sẽ có độ rộng thay đổi biến thiên như dao động âm, do vậy... rung sẽ tạo ra âm thanh ở khoảng cách giữa các mảng Loại micro này có độ nhạy cao và bắt chính xác âm thanh Thích hợp cho thu các dạng tín hiệu mềm như giọng hát, guitar thùng Condenser cần nguồn điện để vận hành Nguồn điện này được gọi là “Phantom Power” hay “48V” Cạc âm thanh và Mixer thường có sẵn nút bật cung cấp nguồn 48V cho loại micro này Khi cắm vào hay rút micro từ cạc âm thanh hay mixer... rộng của khoảng làm việc của bộ ổn áp, ổn dòng - Hiệu suất: khi làm việc các bộ ổn định cũng tiêu hao năng lượng điện trên chúng, do đó hiệu suất của bộ ổn định:  Pr Pr Pr  PV Pr  Pth công suất có ích trên tải của bộ ổn định PV công suất mà bộ ổn định yêu cầu từ đầu vào Pth công suất tổn hao trên bộ ổn định - Thời gian xác lập Txt của bộ ổn định là khoảng thời gian cần thiết để đưa đại lượng không... cực chung Mỗi loại vi mạch như vậy được chế tạo theo các mức điện áp ra tiêu chuẩn dương hoặc âm Như các vi mạch xx78xx có mức điện ra tiêu chuẩn dương từ +5V ÷ +24V Ví dụ: LM 7805 ổn áp dương điện áp ra +5V ; LM 7812 ổn áp dương điện áp +12V Các vi mạch xx79xx được có các mức điện áp ra tiêu chuẩn âm, từ -5V ÷ -15V Ví dụ AN 7915 ổn áp âm điện áp ra là -15V Hình 1.6 Sơ đồ vi mạch ổn áp dương SVTH: Đinh... được đỡ bằng gân cao su mềm giúp cho màng loa có thể dễ dàng dao động ra vào Về cấu tạo Micro giống loa nhưng Micro có số vòng quấn trên cuộn dây lớn hơn loa rất nhiều vì vậy trở kháng của cuộn dây micro là rất lớn khoảng 600Ω ( trở kháng loa từ 4Ω - 16Ω ) ngoài ra màng micro cũng được cấu tạo rất mỏng để dễ dàng dao động khi có âm thanh tác động vào Loa là thiết bị để chuyển dòng điện thành âm thanh. .. định dòng điện được thực hiện một cách tự động Các tham số cơ bản của bộ ổn định là hệ số ổn định, dải ổn định, hiệu suất và thời gian xác lập Hệ số ổn định điện áp Ku nói lên tác dụng của bộ ổn định đã làm giảm độ không ổn định điện áp ra trên tải đi bao nhiêu lần so với đầu vào NV  UV UVdm Độ không ổn định điện áp đầu ra: N r  U r U rdm Độ không ổn định đầu vào : Vậy độ ổn định điện áp của bộ ổn... ra sự mất ổn định, ngày nay các bộ ổn định dùng linh kiện bán dẫn và IC, nên Txl cực nhỏ và được coi là không có quán tính Phần tử cơ bản của bộ ổn định là phần tử hiệu chỉnh (PTHC) - Dựa theo cách mắc phần tử hiệu chỉnh với tải ta có các bộ ổn định song song, các bộ ổn định kiểu nối tiếp - Nếu dựa theo dòng điện mà bộ ổn định làm việc, ta có bộ ổn định xoay chiều, bộ ổn định một chiều - Nếu dựa theo... quan trọng Các loại micro thường có trở kháng khác nhau so với thiết bị mà nó kết nối Do vậy khi sử dụng Micro người ta hay kết nối nó với D.I hoặc Preamp (tiền khuếch đại) có chức năng đồng nhất trở kháng 2.2 Cấu tạo Để nghiên cứu cấu tạo của Micro trước tiên ta tìm hiểu về cấu tạo của Loa một thiết bị điện tử phổ biến Loa gồm một nam châm hình trụ có hai cực lồng vào nhau, cực N ở giữa và cực S ở ... đề tài: “ Thiết kế điều khiển thiết bị điện âm ” Mục đích nghiên cứu đề tài - Tìm hiểu công nghệ điều khiển thiết bị điện âm - Thiết kế mạch điện điều khiển thiết bị điện âm - Thi công, kiểm tra... Chương 6: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN BẰNG ÂM THANH 51 6.1 Khối nguồn nuôi 51 6.2 Khối khuếch đại 51 6.3 Khối tạo dao động 53 6.4 Thiết. .. nghệ điều khiển từ xa Trong điều khiển thiết bị điện âm vấn đề nhiều người quan tâm Nhưng lĩnh vực mẻ, chưa khai thác hết tiềm Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn định lựa chọn đề tài: “ Thiết kế điều