THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN QUẠT BẰNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN QUẠT BẰNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN QUẠT BẰNG ĐIỀU

MỤC LỤC:

A LỜI NÓI ĐẦU

B PHẦN NỘI DUNG:

1 CHƯƠNG 1:giới thiệu mạch

2 CHƯƠNG 2:phân tích sơ đồ khối

3 CHƯƠNG 3:giới thiệu linh kiện

4.3 Khối timer hẹn giờ

4.4 Khối tạo xung clock

A LỜI NÓI ĐẦU:

Trong xã hội hiện đại ngày nay,cụm từ KỸ THUẬT SỐ không còn xa lạ với chúng ta,nó phổ biến đến mức hầu như gia đình nào cũng sở hữu ít nhất một thiết bị kỹ thuật số,chẳng hạn:tivi,đầu đọc DVD,VCD,điện thoại di động…Vì thế sự phát triển của chúng ngày đa dạng hơn,thông minh hơn phục vụ nhu cầu ngày càng cao của con người

Là một sinh viên điện tử mang trong mình niềm yêu thích,em cũng muốn đóng góp một chút gì đó vào xu hướng trên.Vì vậy đề tài em chọn làm là một thiết bị gia dụng hết sức phổ biến mà hầu như nhà nào cũng có,đó là quạt điện,đặc biệt là quạt treo tường hoặc quạt trần vì được điều khiển từ xa nên không giới hạn vị trí điều khiển.Thêm vào đó mạch còn có khả năng hẹn giờ bằng điện tử khắc phục được nhược điểm của bộ hẹn giờ cơ khí là gây ồn và hao mòn cơ khí,có khoảng thời gian điều khiển rộng,được thiết lập hoàn toàn bằng bộ điều khiển từ xa

B NỘI DUNG:

1 Chương 1: GIỚI THIỆU MẠCH

Mạch điện là một modun rời có thể gắn thêm vào bất kỳ loại quạt nào có nguyên tắc điều khiển tốc độ bằng nút nhấn từng bậc

Mạch thực hiện chức năng:

 Điều khiển tắt mở

 Hẹn giờ tắt

 Hiển thị tốc độ hiện tại,thời gian của timer bằng LED 7 Đoạn

 Điều khiển tốc độ,tắt mở,hẹn giờ bằng điều khiển hồng ngoại từ xa Các phương pháp thực hiện:

 Điều khiển từ xa bằng hồng ngoại sử dụng cặp IC chuyên dụng thu phát hồng ngoại.Các ngõ ra của IC giải mã được dùng để điều khiển các khối thực hiện chức năng trên

 Hẹn giờ tắt mở: sử dụng IC đếm BCD lên xuống.Đếm lên để đặt giờ, đếm xuống để bộ timer có thể đếm ngược tắt quạt

 Điều khiển tốc độ,tắt mở quạt thông qua hệ thống RELAYS được điều khiển bằng mạch logic

2 Chương 2: PHÂN TÍCH SƠ ĐỒ KHỐI

Điều khiển chọn tốc độ

Timer Hiển thị

Động cơ Giao tiếp

bằng relays Nguồn

Phân tích từng khối:

 Nguồn:nhiệm vụ chỉnh lưu điệu AC thành DC ổn áp ở 5V làm nguồn nuôi cho cả hệ thống điều khiển (ngoại trừ remote dùng pin)

 Remote điều khiển:tạo và phát mã ứng với từng nút được nhấn

 Mắt thu và giải mã:tách sóng mang và giải mã đưa ra tín hiệu điều khiển

 Điều khiển chọn tốc độ:khi có 1 số được điều khiển trong các số 1,2,3 thì 2 số còn phải tắt,tránh hiện tượng nóng lên do ngắn mạch dòng điện cảm ứng

 Timer:hẹn giờ tắt quạt

 Hiển thị:hiển thị thời gian của timer thông qua 3 led 7 đoạn nhỏ,hiển thị tốc độ hiện tại của quạt thông qua 1 led 7 đoạn lớn hơn

 Giao tiếp relays:cách li giữa mạch điều khiển với mạch động lực dùng nguồn AC220V

3 Chương 3: GIỚI THIỆU LINH KIỆN

 TXOUT:ngõ ra của mã điều khiển đã được điều chế

 XT:chân kết nối với thạch anh 455KHz

 TEST:

 T(1 3) kết hợp với K(1 6) tạo thành ma trận phím 18 phím nhấn Chia làm 3 nhóm phím tương ứng với T1,T2,T3:

 Nhóm phím T1:gọi là nhóm phím liên tục.Khi nhấn phím chuỗi

mã sẽ được phát ra liên tục,bên nhận ngõ ra ứng với nhóm phím

T1 sẽ được giữ ở mức tích cực đến khi buông phím.Trong nhóm phím này các phím sẽ không có thứ tự ưu tiên,tức có thể nhấn 2 phím cũng 1 lúc

 Nhóm phím T2 và T3:khi nhấn những phím thuộc nhóm này chuỗi mã chỉ được phát đi 1 lần cho dù có được giữ hay không.Nhóm phím này không có thứ tự ưu tiên,phím nào nhấn trước thì tác động trước

 RxIN:ngõ vào tín hiệu

 CODE1,CODE2:2 chân dùng để thiết lập mã người dùng cho tương thích với bên phát.Cách thiết lập:

 OSC:ngõ vào kết nối bộ dao động RC.Được kết nối theo datasheet:

 HPx:các ngõ ra tác động của các phím liên tục.Các ngõ ra tác động mức cao

 SPx:các ngõ ra tác động của các phím tác động tuần tự.Khi có phím ấn ngõ

ra sẽ lên 1 tồn tại trong 107ms rồi xuống 0 bất chấp phím nhấn

3.4.3 Dạng sóng khi thu phát:

a:khoảng thời gian của 1 bit: = × 192

C1,C2,C3:bit mã người dùng,C1 luôn bằng 1

H:bit báo tín hiệu là liên tục(mã của phím cột T1)

S1,S2:bit báo tín hiệu là không liên tục(mã của phím cột T2 hay T3)

D1 D6:6 bit mã phím được nhấn

Tín hiệu không liên tục:

Khi nhấn phím chỉ truyền 2 từ lệnh.Bên thu chỉ giải mã khi 2 từ lệnh nhận được là giống nhau

Tín hiệu liên tục:

Giống như phím không liên tục mỗi lần truyền đi cũng truyền 2 từ lệnh nhưng 2 từ lệnh sẽ được truyền lặp lại sau khoảng thời gian 208a

3.5 Flip-flop D:4013

3.6 Cổng OR: 4075

3.7 Cổng OR: 7432

3.8 IC đếm lên/xuống giải mã led 7 đoạn:HCF40110

Giới thiệu IC:

Chức năng từng chân:

 VSS/VDD:tương ứng GND/VCC

 Clock up/clock down:ngõ vào xung CK của bộ đếm lên/xuống

 Carry/borrow:ngõ ra tràn của bộ đếm lên/xuống.Dùng để kết nối các

IC đếm

 RESET:tích cực mức cao.Khi được tác động ngõ ra hiển thị số 0

 LATCH ENABLE:cho phép chốt,tích cực mức cao.Khi được tác động ngõ ra hiển thị giữ nguyên,nhưng bộ đếm vẫn hoạt động

 a,b,c,d,e,f,g:ngõ ra để kết nối với led 7 đoạn CC

Bảng trạng thái của IC:

3.9 NE555:

3.10 Các linh kiện phụ khác

3.10.1 Led 7 đoạn:sử dụng 4 led

-3 led K chung loại nhỏ dùng để hiển thị thời gian của timer

-1 led A chung để hiển thị tốc độ quạt

3.10.2 Diode :

-Dùng để giải mã led 7 đoạn sử dụng loại 1N4148,mục đích giảm giá thành,ít tốn diện

tích

-Dùng bảo vệ:sử dụng loại 1N4007 có dòng chịu đựng 1A

3.10.3 Điện trở dùng toàn bộ loại 1/4W

 Mạch phát cần có 6 nút điều khiển tuần tự,không cần ưu tiên cũng như phát

liên tục.Chọn nhóm điều khiển T2,nhưng bên thu dùng PT2249 chỉ có 5 ngõ

ra tương ứng 5 nút đầu tiên của nhóm T2,vì vậy phải dùng thêm 1 nút ở nhóm 1 làm nút điều khiển set giờ

 Remote có thể cầm di động được nên phải dung nguồn pin 3V

 Ngõ ra của PT2248 có dòng tải tối đa -5mA→không đủ để dòng để kéo led

phát hồng ngoại.Dùng transistor pnp A1015 để nâng dòng,để led phát có thể phát mạnh hơn và có thể kéo thêm 1 led tín hiệu ta kết nối kiểu Darlington với 1 transistor npn C828

Ngõ ra của IC bình thường mức 1 khi có tín hiệu sẽ xuống mức 0.Trong khi

đó mức tích cực ngõ vào IC PT2249 tích cực mức cao.Vì vậy tín hiệu từ IC thu đến PT2249 phải qua 1 cổng NOT

Cổng NOT có thể dùng transistor mắc theo kiểu CE để đở tốn IC.Các giá trị điện trở tính toán sao cho transistor dẫn bão hòa

4.2 Mạch điều khiển lựa chọn tốc độ:

4.2.1 Yêu cầu của mạch:khi có tín hiệu điều khiển chọn một nút tốc độ,hai nút còn lại phải được tắt đi.Tránh trường hợp 2 nút tốc độ cùng được chọn gây nóng và cháy cuộn dây động cơ

4.2.2 Thiết kế mạch điều khiển:

Mạch sử dụng 3 FlipFlop-D,ngõ vào D của 3 FF được đưa vào mức 1.Khi có tín hiệu điều khiển chọn một chọn một tốc độ thì FF tương ứng sẽ dịch bit 1 ra Q làm đóng relay điều khiển tương ứng với số được chọn.Đồng thời 2 FF còn lại phải được reset để ngõ ra Q về 0

FF-D sử dụng IC họ CMOS 4013.Để điều khiển reset các FF khi có tín hiệu điều khiển của

1 trong 2 FF còn lại hoặc khi có tín hiệu tắt ta có bảng trạng thái:

4.2.3 Thiết kế mạch giao tiếp AC220~ và hiển thị tốc độ:

Giao tiếp AC dùng relay 5VDC,có diode 1N4007 chống dòng ngược làm hư transistor Điện trở relay tra datasheet và kết quả đo thực tế là 130ohm.Vậy dòng hoạt động của relay:

5

Phần hiển thị dùng 1 led 7 đoạn CA để hiển thị số 1,2,3.Muốn sáng đoạn nào thì kéo đoạn đó xuống mass.Ví dụ muốn hiển thị số 1 ta cho b=c=0,để hiển thị được nhiều số ta có thể ghép các diode như hình

Dòng qua mỗi led khoảng 10-20mA,ta chọn 15mA.Khi đó giá trị điện trở cần:

Dòng relay+dòng tổng led 7 đoạn=40+75=115mA Vậy chọn transistor điều khiển là D468 có dòng ICmax=500mA

4.3 Mạch hẹn giờ timer:

4.3.1 Yêu cầu hoạt động:

 Mạch có thể hẹn giờ tắt,hiển thị thời gian hẹn bằng 3 led 7 đoạn

 Đặt giờ bằng 1 nút nhấn,mỗi lần đặt tăng 10 phút,có nút nhấn bật tắt chế độ timer để hoạt động bình thường,có thể reset timer hay tắt quạt khi timer đang hoạt động

 Khi mạch đang ở chế độ timer thì không thể thay đổi thời gian đặt,cũng như khi đang đặt giờ thì timer không hoạt động

4.3.2 Mạch có 2 phần chính:đếm hiển thị và tạo xung Ck và khống chế mạch đếm

Trong đó sẽ có IC đếm theo đv,chục,trăm

Khi timer hoạt động mỗi lần đếm sẽ giảm đi 1 phút cho đến khi tất cả các giá trị đếm về 0,nếu tiếp tục có thêm 1 xung khi đó ở ngõ ra BORROW của IC đếm hàng trăm sẽ xuất ra 1 xung,xung này dùng để dừng việc đếm của timer và tác động làm tắt quạt(sẽ nói sau)

Khi đặt giờ cho timer mỗi lần đặt sẽ tăng 10 phút,tức sẽ đặt được 10,20,30 phút chứ không có giờ lẻ.Để làm được điều này,thay vì cấp xung CK đếm lên (xung này nhận được từ nút nhấn của bộ điều khiển) cho IC đếm hàng đơn vị ta sẽ cấp xung này cho IC đếm hàng chục đồng thời reset IC đếm hàng đơn vị

Các chân LE(latch enable),ENA(toggle enable) không sử dụng nên được nối

mass.Các điện trở hạn dòng dùng loại 330ohm tính toán như trên

Mạch đếm coi như đã hoàn thành,bây giờ đến phần khống chế mạch đếm

Mạch đếm chạy ở 2 chế độ:timer đếm ngược hoặc dừng để thiết đặt thời gian,nhưng chỉ có 1 nút nhấn để chọn,sử dụng 1 FF-D có D=Q\ để lật trạng thái chọn chế độ.Ta có bảng trạng thái làm việc:

OFF:nút nhấn OFF để tắt quạt đồng thời tắt bộ timer

Q,Q\:chọn chế độ timer hay set

CkUp:nguồn xung CK đếm lên để set thời gian.Xung này lấy từ khối điều khiển từ xa CkDn:nguồn xung CK đếm xuống cho timer hoạt động,chu kỳ 1 xung là 1 phút

CPU:ngõ vào xung CK đếm lên của timer

CPD:ngõ vào xung CK đếm xuống của timer

TPD:ngõ ra tràn đếm xuống của IC đếm hàng trăm,dùng để tác động khi timer đếm xong

Nguyên lý hoạt động cổng NOT:

Khi TCD=”1” transistor ngưng dẫn TCD\=”0” do được nối mass qua điện trở 4.7K Khi TCD=”0” transistor dẫn TCD\=”1”

Sơ đồ mạch:

Sử dụng 1 led 2 màu để báo trạng thái timer hay set

4.4 Mạch tạo xung clock 1 phút:

Sử dụng IC555 để tạo xung

Chu kỳ xung được tính theo công thức ( ) = 0.693 × ( + 2 ) ×

Với chu kỳ 1 phút =60s ta chọn C=100µF,Rb=390K:ta tính được Ra=85.8K

 Sử dụng nguồn có điện áp chuẩn 5V.Tính công suất bộ nguồn:

 Công suất cực đại đạt được khi cấp nguồn cho toàn bộ IC,4 led 7 đoạn cùng sáng hết,và 1 relay hoạt động:

Tổng số linh kiện cùng dòng tiêu thụ từng linh kiện trong mạch:

(thông số được tính là dòng tĩnh ở 25oC) -3 IC 40110 Imax=20µA

Imax= 40mA -2 led hiển thị Imax=15mA × 2 =30mA

 Dòng tải tổng cực đại:

 Vậy chọn 1 IC ổn áp 7805 có tản nhiệt dòng chịu tối đa là 1A,cầu diode 1A

 Mỗi IC sử dụng 1 tụ lọc nguồn tại nguồn vào của IC:sử dụng tụ loại không phân cực 0.1µF.Vậy cần 8 con tụ

Sơ đồ mạch:

5 Chương 5: TRÌNH BÀY KẾT QUẢ:

5.1 Quy trình làm mạch:

5.1.1 Thiết kế vẽ mạch in(đã trình bày)

5.1.2 Kiểm tra sửa chữa mạch in trên máy tính sao cho dễ hàn dễ ủi(tạo các VIA

để định vị 2 bản mạch in)

5.1.3 In mạch lên giấy decal vàng(In ở tiệm thầy Chương)

5.1.4 Chuẩn bị board trước khi ủi:

-Chuẩn bị board loại 2 mặt(mua ở Nhật Tảo) kích thước tương ứng với bản

vẽ

-Dùng giấy nhám mịn(loại mịn nhất) đánh sạch lớp đồng bị oxi-hóa ở 2 mặt,để khi ủi mực được in đều lên mạch và khi ngâm cũng nhanh hơn vì không có lớp oxit đồng bao phủ

-Cắt 2 miếng decal để ủi sao cho vừa với board được cắt,không thừa nhiều quá

-Chờ board nguội,bóc lớp decal

-Ủi mạch tiếp theo lên mặt top,dùng chân linh kiện cố định lớp decal mặt này tại các VIA đã tạo sao cho khớp với mặt vừa ủi.Dùng tấm decal vừa bóc lót mặt bottom vừa ủi để tránh trường hợp lớp mực trên board bị thấm ngược lại.Ủi như trên ta được board 2 mặt

-Dùng bút dạ(mua của thầy Chương) tô lại các đường mạch bị đứt do ủi 5.1.6 Ngâm mạch:

-Hòa thuốc rửa với nươc tỉ lệ vừa đủ,mạch này em hòa 2 gói

-Bỏ mạch vào lắc đều cho đến khi lớp đồng thừa tan hết

-Lấy ra dùng miếng nhôm chùi xoong chùi sạch lớp mực

-Ủi lớp tên linh kiện lên mặt top của mạch

5.1.7 Khoan mạch:

-Trước khi khoan dùng nhựa thông quét đều lên board để khô hoàn toàn -Khoan,tùy theo kích thước chân linh kiện mà chọn mũi khoan cho hợp lý 5.1.8 Hàn mạch:

-Board 2 mặt có các đường nối giữa 2 mặt gọi là các VIA,để hàn các VIA này ta dùng chân linh kiện hàn ở 2 mặt board

-Trình tự hàn:hàn VIA-hàn đế IC-các linh kiện còn lại

5.1.9 Hoàn thành mạch,test

5.2 Kết quả thi công:

5.2.1 Mạch Nguyên lý:

5.2.2 Mạch in:

5.2.2.1 BOTTOM:

5.2.2.2 TOP: