MẠCH báo CHÁY DÙNG IC số(có sơ đồ và mạch in)

MẠCH báo CHÁY DÙNG IC số(có sơ đồ và mạch in) ................ MẠCH báo CHÁY DÙNG IC số(có sơ đồ và mạch in) ................ MẠCH báo CHÁY DÙNG IC số(có sơ đồ và mạch in) ................ MẠCH báo CHÁY DÙNG IC số(có sơ đồ và mạch in) ................

MẠCH BÁO CHÁY DÙNG IC SỐ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH ĐO NHIỆT ĐỘ 1

1.1 GIỚI THIỆU……… 1

1.1.1 Kh ái niệm về nhiệt độ……… 1

1.1.2 Th ang đo nhiệt độ ……… ………. 2

1.2 PH ƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ ………. 2

1.2.1 Ph ương pháp tiếp xúc……… ……… 2

1.2.2Phương pháp không tiếp xúc ……… 3

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH BÁO CHÁY……… 4

2.1 GIỚI THIỆU LM35……… 4

2.1.1 Giới thiệu chung…… ……… 4

2.1.2 Sơ đồ chân và nguyên lí hoạt động……….………5

2.2 CÁC LINH KIỆN KHÁC ……… 5

2.2.1 IC7805……… 5

2.2.2 LM358……… 6

2.2.3 Transistor C1815……… 7

CHƯƠNG 3.THIẾT KẾ ĐỀ TÀI……… 9

3.1 SƠ ĐỒ KHÔI ……… 9

3.2 NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG……… ……… 11

3.3.2 Mô phỏng……… 13

CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN ………15

CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN ………15 .3

HÌNH 1-1: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ IC BÁN DẪN HÌNH 2-1: LM35

HÌNH 2-2: SƠ ĐỒ CHÂN LM35

HÌNH 2-3: IC 7805

HÌNH 2-4: LM 358

HÌNH 2-5 : SƠ ĐỔ CHÂN LM358

HÌNH 2-6 : TRANSISTOR C1815

HÌNH 3-1 : KHỐI NGUỒN

HÌNH 3-2 : KHỐI CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH ĐO NHIỆT ĐỘ

1.1 GIỚI THIỆU

Xã hội càng phát triển thì nhu cầu sử dụng các thiết bị điện một cách tự động của con người ngày càng cao Hiện nay có các phương pháp đo nhiệt độ cần thiết như báo cháy, cảnh báo quá nhiệt, đo nhiệt độ, độ ẩm phục vụ cho công nghiệp, tuy nhiên cũng có ưu điểm và nhược điểm

Từ thời xa xưa, việc cháy nổ hoặc nhiệt độ bất thường của thời tiết, môi trường hoặc do con người gây ra rất khó để phát hiện và xử lí kịp thời Khắc phục những nhược điểm đó, một trong những hệ thống cảnh báo về nhiệt độ đã ra đời giúp ích nhiều cho đời sống, đó là hệ thống báo cháy Trong đồ án này sẽ giới thiệu về mạch báo cháy sử dụng cảm biến nhiệt lm35, loại ic nhỏ gọn và tiến bộ

Đối tượng nghiên cứu trong đồ án là:

- Tổng quan về hệ thống nhiệt độ

- Cảm biến nhiệt lm35 và cách sử dụng nó trong môi trường

- IC lm358 và cấu trúc về mạch so sánh điện áp

1.1.1 Khái niệm về nhiệt độ

Nhiệt độ là đại lượng vật lí đặc trưng cho cường độ chuyển động của các nguyên

tử, phân tử của một hệ vật chất Tùy theo từng trạng thái mà chuyển động này khác nhau

Ở trạng thái rắn, sự truyền nhiệt xảy ra chủ yếu bằng dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt

Đối với chất lỏng và khí, ngoài dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt còn có truyền nhiệt bằng

đối lưu

1.1.2 Thang đo nhiệt độ

Có nhiều đơn vị đo nhiệt độ, chúng được định nghĩa theo từng vùng, từng miền

và qua từng thời kì phát triển của khoa học kĩ thuật và xã hội Hiện nay có 3 thang

đo nhiệt độ chính là:

• Nhiệt độ quốc tế Kelvin, ký hiệu là K

• Nhiệt độ quốc tế Celsius, ký hiệu là °C

• Nhiệt độ quốc tế FarhrenHeit, ký hiệu °F

Đây là ba thang đo nhiệt độ phổ biên nhất hiện nay Trong đó thang đo K được quy định là meter trong bảy đơn vị đo của hệ SI

1.2 PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ

1.2.1 Phương pháp tiếp xúc:

Phương pháp đo nhiệt độ trong công nghiệp thường được sử dụng là các nhiệt kế tiếp xúc Có hai loại nhiệt kế tiếp xúc, gồm:

• Nhiệt kế nhiệt điện trở

• Nhiệt kế nhiệt ngẫu

Ngoài ra đối với các ứng dụng đơn giản, dải nhiệt độ cỡ -550C ÷ 2000C hiện nay người ta thường ứng dụng các IC bán dẫn ứng dụng tính chất nhạy nhiệt của các diode, transistor để đo nhiệt độ

Cấu tạo của nhiệt kế nhiệt điện trở và cặp nhiệt ngẫu cũng như cách lắp ghép chúng phải đảm bảo tính chất trao đổi nhiệt tốt giữa chuyển đổi với môi trường đo:

• Đối với môi trường khí và nước: chuyển đổi được đặt theo hướng ngược lại với dòng chảy

• Với vật rắn khí: đặt nhiệt kế sát vào vật, nhiệt lượng sẽ truyền từ vật sang chuyển đổi và dễ gây tổn hao vật, nhất là với vật dẫn nhiệt kém Do vậy diện tiếp xúc giữa vật đo và nhiệt kế càng lớn càng tốt

• Khi đo nhiệt độ của các chất ở dạng hạt (cát, đất ): cần phải cắm sâu nhiệt kế vào môi trường cần đo và thường dùng nhiệt điện trở có cáp nối ra ngoài

Các linh kiện điện tử bán dẫn rất nhạy cảm với nhiệt độ, do đó có thể sử dụng một số linh kiện bán dẫn như diode hoặc transistor nối theo kiểu diode, khi đó điện

áp giữa hai cực U là hàm của nhiệt độ

Hình 1-1: Sơ đồ nguyên lí IC bán dẫn

Một số loại ic đo nhiệt độ:

Loại IC Độ nhạy Dải đo Sai số

1.2.2 Phương pháp không tiếp xúc

Đây là phương pháp dựa trên định luật bức xạ của vật đen tuyệt đối, tức là vật hấp thụ năng lượng theo mọi hướng với khả năng lớn nhất Bức xạ nhiệt của mọi vật thể đặc trưng bằng mật độ phổ với một đơn vị diện tích của vật và xảy ra trên một đơn vị của độ dài sóng

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH BÁO CHÁY 2.1 GIỚI THIỆU LM35

2.1.1 Giới thiệu chung

Là một cảm biến nhiệt độ tương tự, nhiệt độ được xác định bằng cách đo diện áp ngõ ra của LM35

Hình 2-1: LM35

Điện áp đầu vào 4 đến30V

Công suất tiêu thụ 60uA

Phân giải điện áp đầu

ra

10mV/°C

Nhiệt độ ngoài trời -55°C đến 150°C

2.1.2 Sơ đồ chân và nguyên lí hoạt động

Hình 2-2: Sơ đồ chân LM35

• Chân Vs là chân câp điện áp chuẩn từ 4 đến 30VDC

• Chân Vout là chân điện áp ngõ ra

• Chân GND chân nối mass

Nguyên lí hoạt động LM35:

Cảm biến LM35 hoạt động bằng cách cho ra một điện áp nhất định tại chân Vout ( chân giữa) ứng với mức nhiệt độ Như vậy bằng các đưa vào chân bên trái của LM35 điệp áp 5V, chân phải nối đất ,đo hiệu điện thế ở chân giữa bằng các chân gắn với vi điều khiển sẽ thu được nhiệt độ hiện tại

2.2 CÁC LINH KIỆN KHÁC

2.2.1 IC 7805

Hình 2-3: IC 7805

7805 là IC thông dụng dùng để ổn định điện áp ngõ ra từ 220V sang 5V cho phù hợp với mạch nguồn

Dòng cực đại có thể duy trì 1A

Dòng đỉnh 2.2A

Công suất tiêu tán cực đại nếu không dùng tản nhiệt: 2W

Công suất tiêu tán nếu dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W

Sơ đồ IC 7805 có 3 chân:

• Chân số 1 là chân IN

• Chân số 2 là chân GND

• Chân số 3 là chân OUT

Ngõ ra OUT luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi Mạch này dùng để bảo vệ những mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 5V (các loại IC thường hoạt động ở điện áp này) Nếu nguồn điện có sự cố đột ngột: điện áp tăng cao thì mạch điện vẫn hoạt động ổn định nhờ có IC 7805 vẫn giữ được điện áp ở ngõ ra OUT 5V không đổi

2.2.2 LM358

LM358 là bộ khuếch đại thuật toán kép công suất thấp, bộ khuếch đại này có ưu điểm hơn so với các bộ khuếch đại thuật toán chuẩn trong các ứng dụng dùng nguồn đơn Chúng có thể hoạt động ở nguồn điện áp thấp từ 3V hoặc cao đến 32V, với dòng tĩnh khoảng 1/5 dòng tĩnh của MC1741 Trong nhiều ứng dụng, dải điện áp ngõ vào đồng pha gồm cả nguồn âm, do đó có thể loại trừ sự cần thiết của các thành phần thiên áp bên ngoài trong nhiều ứng dụng Dải điện áp ngõ ra cũng có thể bao gồm nguồn điện áp âm

Hình 2-4: LM358

Hình 2-5: Sơ đồ chân LM358

Bên trong LM358 có 2 con opamp Mỗi opamp có 3 chân: ngõ vào đảo(- input), ngõ vào không đảo (+ input), và ngõ ra

Khi hiệu điện thế +input cao hơn - input, ngõ ra ở mức cao (+Vss), ngược lại ngõ ra ở mức thấp (-Vss)

Ứng dụng: dùng so sánh điện áp, chuyển đổi Analog - Digital, cảm biến đo lường, khuếch đại,…

Các đặc trưng của IC LM358:

• Công suất cực máng thấp

• Có 2 bộ khuyếch đại thuật toán bên trong IC, có độ lợi cao

• Tương thích với nhiều loại dạng mạch logic

• Các chân lối ra tương thích với khuếch đại thuật toán kép phổ biến MC1558

IC LM358 tương ứng với 1 nửa IC LM324

2.2.3 Transistor C1815

Hình 2-6: Transistor C1815 Trong điện tử, transistor (transfer-resistor) là một linh kiện bán dẫn Khi hoạt động trong mạch điện, transistor có vai trò như một cái van cách li hay điều chỉnh dòng điện, điện áp trong mạch Từ vai trò này, transistor được ứng dụng rộng rãi Transistor gồm 3 lớp bán dẫn loại P và loại N ghép lại với nhau Do đó có 2 loại transistor là NPN và PNP

Transistor C1815 là transistor thuộc loại transistor NPN

C1815 có Uc max = 50V dòng Ic max = 150mA

Hệ số khuếch đại hFE của C1815 trong khoảng 25 đến 100

Thứ tự các chân từ trái qua phải: E C B

Nhiệt độ chịu dc:125*C

Tần số hoạt động : 80Mhz

Cob=3.5pF

rbb'=50 Ohm

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ ĐỀ TÀI 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI

Khối cảm biến nhiệt: khi có dòng điện chạy qua, ở nhiệt độ bình thường ngõ ra lm35 là mức thấp=> điện áp ở LM358 V- > V+ làm ngõ ra transistor ơ mức thấp làm mạch không hoạt động Khi nhiệt độ lm35 vượt quá ngưỡng bình thường, LM358 sẽ so sánh áp, khi đó V+ > V- suy ra ngõ ra ở mức cao, kích transistor lên mức cao=> mạch hoạt động

Khối nguồn: Nguồn cấp và từ 7,5-15VDC Mạch sử dụng ic ổn áp 7805 để ổn định điện áp ngõ ra 5V Với dòng điện tối đa 1A Diode D1 dùng để phân cực nguồn vào nhằm bảo vể mạch không bị ảnh hưởng khi cấp nguồn ngược Tụ C11 nhằm lọc nhiểu nguồn ra LED D1 báo nguồn, R2 là điện trở hạn dòng cho LED

KHỐI NGUỒN KHỐI CẢM BIẾN NHIỆT KHỐI CHUÔNG BÁO

Hình 3-1: Khối nguồn

Mạch sử dụng LM35 làm cảm biến nhiệt độ, IC Op-Amp LM358 làm bộ so sánh điện áp Ở nhiệt độ bình thường giá trị LM35 bằng 27°C Phần cảm biến nhiệt độ mạch sử dụng cảm biến LM35 có giải nhiệt độ đo được từ 0 ~ 150°C Cảm biến LM35 biến đổi giá trị nhiệt độ thành điện áp tương ứng Với cảm biến LM35 thì độ biến đổi là 10mV/oC Tại thời điểm 0°C thì đầu ra của LM35 là 10mV ==> tại 150°C thì điện áp đầu ra là 1.5V

Điện áp ngưỡng báo động được đặt bởi biến trở RV2(10k) Có thể chỉnh được từ 0-5V cấp vào chân (-) op-amp Ví dụ ta đặt mạch báo động ở nhiệt độ 30°C Vậy khi ở nhiệt độ nhỏ hơn 30°C thì V(+)<V(-) -> Ngõ ra Op-amp ở mức thấp xấp sỉ 0V R5 phân cực cho transitor Q1 Khi ngỏ ra Op-amp bằng 0 thì Q1 không dẫn LED D2 không sáng ==> không tác động đến mạch còi báo

Khi nhiệt độ lớn hơn 30°C giá trị biến trở nhiệt giảm -> V(+)>V(-) -> ngõ ra op-amp xấp sỉ 5V -> Q1 dẫn -> LED D2 báo sáng ==> tác động đến khối còi báo động

Hình 3-2: Khối cảm biến nhiệt độ

3.2 NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG

Để bảo vệ thiết bị khi quá nhiệt độ thì chúng ta phải tinh chỉnh biến trở VR1 để

có nhiệt độ bảo vệ mong muốn Tín hiệu đặt này sẽ được so sánh với tín hiệu từ cảm biến LM35 thông qua Opam Bình thường thì điện áp tại chân không đảo sẽ nhỏ hơn tín hiệu đặt nên tín hiệu đầu ra tại chân 3 của LM358 sẽ ở mức 0 nên không kích mở được transitor Khi có một sự cố nào đó nhiệt độ tăng cao làm điện áp tại chân không đảo cao hơn nhiệt độ ở chân đảo nên đầu ra của Opam sẽ ở mức 1 nên kích mở transitor hoạt động

Điện áp tham chiếu được điều khiển bởi VR2 được điều khiển trong giải (0 ~ 1.5V) tương ứng với (0°C ~ 150°C) Nguyên lý của mạch là so sánh tín hiệu đặt và tín hiệu đo được để điều khiển đầu ra.Khi ở nhiệt độ khác nhau thì LM35 sẽ cho ra điện áp khác nhau nằm trong giải nhiệt độ đo được

3.3 THIẾT KÊ VÀ MÔ PHỎNG MẠCH

3.3.1 Sơ đồ mạch

3.3.2 Mô phỏng

CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN

Sau khi được giao đề tài đồ án, em đã tiến hành xây dựng và thiết kế hoàn chỉnh

hệ thống mạch như yêu cầu Kết quả đạt được :

• Nắm bắt được thông tin cơ bản về các loại cảnh báo nhiệt độ và phương thức đo nhiệt độ chuẩn xác

• Hiểu được công dụng và cách ứng dụng cần thiết,biết cách thực hành và thi công mạch hoàn chỉnh

Ưu điểm :

Nhỏ gọn, dễ sử dụng, được áp dụng nhiều trong đời sống

Cảnh báo được sự cố khi quá nhiệt độ

Giá thành rẻ, tiện lợi

Nhược điểm:

Dễ bị hư hỏng do cấp sai nguồn

Mạch chạy không ổn định

Hiệu năng làm việc không cao, không áp dụng được phạm vi rộng