Để làm quen với công việc thiết kế, chế tạo và tìm hiểu các về các loại linh kiện điện tử, chúng em đã được các thầy cô trong khoa Điện - Điện tử giao cho đồ án môn học “Nghiên cứu, thiế
Trang 1Đề tài:
Thiết kế, chế tạo, lắp ráp
mạch bơm nước tự động theo lưu lượng
xả
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện
Trang 2
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây theo sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đang phát triển mạnh mẽ Trước tình hình đó đã có khá nhiều yêu cầu cấp bách và cũng là những thách thức được đặt ra cho giới trí thức
Để tiếp tục dẫn dắt sự phát triển của đất nước ngày càng giàu mạnh, thì phải đầu tư cho giáo dục, đào tạo thế hệ trẻ có đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo, thì phải đưa các phương tiện dạy học hiện đại vào trong giảng đường, trường học có như vậy thì trình độ con người ngày càng cao đáp ứng được yêu cầu của xã hội Để làm quen với công việc thiết kế, chế tạo và tìm hiểu các
về các loại linh kiện điện tử, chúng em đã được các thầy cô trong khoa
Điện - Điện tử giao cho đồ án môn học “Nghiên cứu, thiết kế , lắp ráp
máy bơm nước tự động” nhằm củng cố về kiến thức trong quá trình
thực tế
.Sau khi nhận được đề tài, với sự hướng dẫn của thầy Trần Văn Chương
sự nỗ lực của bản thân, sự tìm tòi nghiên cứu tài liệu đến nay đồ án củachúng em về mặt cơ bản đã hoàn thành Trong quá trình thực hiện dù
đã có gắng nhưng do thời gian cũng như trình độ vẫn còn hạn chế nên không thể tránh khỏi sai sót Vậy em kính mong sự chỉ bảo giúp đỡ và
đóng góp ý kiến của các thầy để đồ án của em được hoàn thiện hơn
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Nhóm sinh viên thực hiện
Nguyễn Xuân Đài
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện
Trang 3
Đoàn Tiến Đạt
GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Ngày nay ngành kỹ thuật điện tử có vai trò rất quan trọng trongcuộc sống của con người Các hệ thống điện tử ngày nay rất đa dạng vàđang thay thế các công việc hàng ngày của con người từ những công việc
từ đơn giản đến phức tạp như điều khiển tín hiệu đèn giao thông, đo tốc
độ động cơ hay các đồng hồ số Các hệ thống này có thể thiết kế theo hệthống tương tự hoặc hệ thống số Tuy nhiên trong các hệ thống điện tửthông minh hiện nay người ta thường sử dụng hệ thống số hơn là các hệthống tương tự bởi một số các ưu điểm vượt trội mà hệ thống số mang lại
đó là: độ tin cậy cao, giá thành thấp, dễ dàng thiết kế, lắp đặt và vậnhành…Chính vì thấy được những ưu điển của hệ thống mạch số nên trongthực tế mạch số đã được lắp ráp và sử dụng rất nhiều thấy được tầm quantrong đó của mạch số công với kiến thức về môn điện tử cơ bản và đặcbiệt sau một thời gian học tập và tìm hiểu các tài liệu về kỹ thuật số,cũng như tham khảo ở ngoài thực tế củng như trên internet chúng em đã
chọn đề tài: ” Thiết kế,chế tạo,lắp ráp mạch bơm nước tự động”
Về đề tài: ” Thiết kế mạch bơm nước tự động” Không chỉ có ý
nghĩa về mặt lý thuyết giúp sinh viên có thể vận dụng linh hoat giữa lýthuyết và thực tế mà nó còn giúp sinh viên có thể làm quyen vói việcnghiên cứu khoa học ngay từ lúc còn ngồi trên ghế nhà trường,và nó cũng
là cơ sở để nghiên cứu các đề tài lớn hơn không chỉ vậy đề tài này còn
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện
Trang 4
được ứng dụng rất rông dãi trong cuộc sống đó chính là lý do mà chúng
Nước thực sự rất cần thiết cho nhu cầu sinh hoạt, trong đời sống hằng
ngày của con người Để thuận tiện cho viếc sử dụng nước được lưu trữ lại trong các thùng, bể chứa nước Các bể chứa nước thường được để ở trên cao để tạo áp lực nước cần thiết cho sinh hoạt và đời sống của con người
để có thể đưa nước lên cao lên các thùng , bể chưa nước ở trên cao ta thường sử dụng máy bơm nước Chính những điều này đã phát sinh vấn
đề là không biết chính xác mức nước, trong trường hợp thùng hoặc bể hếtnước ta cần đợi một thời gian để đưa nước lên Khi nước trong thùng hoặc
bể đầy làm tràn nước, gây lãng phí nước
-Ngoài ra nó còn ứng dụng nhiều trong thực tế như sử dụng cho các trạm bơm tiêu úng, khu chung cư, trường học ,bệnh viện và cho lính cứu hoả -Trong công nghiệp thì ứng dụng cho việc làm mát cho động cơ trong các nhà máy ,xí nghiệp…
Giải pháp
Sử dụng hệ thống điều khiển máy bơm nước tự động là một hệ thống có
sẵn cảm biến về mức nước trong thùng, bể chưa nước Hệ thống này sẽ
tự động điều khiển máy bơm hoạt động bơm nước vào thùng, bể chứa khi
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện
Trang 5
hết nước Khi nước trong thùng, bể chứa đầy cảm biến sẽ gửi tín hiệu về
hệ thống, tự động dừng bơm, chánh lãng phí nước
Sử dụng hệ thống điều khiển máy bơm tự động, thực hiện quá trình tự động bơm khi hết nước và ngắt khi đầy một cách dễ dàng Tùy theo nhu cầu sử dụng, người sử dụng có thể chủ động xem trạng thái của mức nước mọi lúc, mọi nơi
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện
Trang 6
Hưng Yên, tháng 6 năm 2016 Giáo viên hướng dẫn Phần một :Vẽ và phân tích mạch điện. 1.1Sơ đồ toàn mạch Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện
Trang 7Nguyên lý hoạt động của mạch
Mạch lấy nguồn từ mạch lọc nguồn 5v Dc, điện áp vào mạch điều khiển:+Điện áp được đặt vào chân 14 của IC74LS14 và IC 74LS02 cố định
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện
Trang 8
+ Chân số 7 của IC 74LS14 và IC 74LS02 được nối mát.
+ IC 74LS02 gồm 4 cổng NOR Mạch điều khiển máy bơm nước được dùng
2 cổng NOR và 2 cổng này được mắc thành TRIGƠ RS Trigơ Rs là một trigơ
có hai đầu vào điều khiển R, S Tại chân số 6 của cổng NOR 2 là chân S, còn chân số 2 của cổng NOR 1 là chân R
+ IC74LS14 gồm 6 cổng NOT Cổng NOT có chức năng đảo, khi đầu vào ở mức cao hoặc thấp thì đầu ra sẽ ngược lại
Tại đây xảy ra hai trường hợp:
- Trường hợp thứ nhất, khi bể nước chưa có nước vẫn ở trang thái can Lúc này tại tiếp điểm 1 không được nối với nguồn, chân số 2 của IC74LS02 sẽ được nối với một điện trở và xuống mát do đó chân số 2 sẽ nhân giá trị là mức thấp(điện áp tại chân số 2 lúc đó là 0,22 v) Tại tiếp điểm số 2 cũng không được nối với nguồn do vậy tại chân số 1 của IC74LS14 được nối với điện trở và xuống mát Khi đó chân số 2 của IC74LS14 cho ra giá trị là mức cao (điện áp tại chân số 2 lúc đó sẽ có giá trị là 4,99 v ) và được nối với chân số 6 của IC 74LS02 (chân S của trigơ RS ) Tín hiệu ra của chân số 1 của IC 74LS02 sẽ có giá trị ở mức cao (điên áp tại đó là 4,99 v) và được nối với transistor (C828) do vậy transistor sẽ đượ kích mở và rơle sẽ đóng máybơm hoạt động
- Trường hợp thứ hai ,khi bể nước đầy tại hai tiếp điểm 1 và 2 sẽ được nối với nguồn 5v do vậy tại chân số 2 của IC 74LS02 nhận giá trị ở mức cao, chân số 1 của IC 74LS04 cũng nhận giá trị ở mức cao và đưa ra chân số 2 ởmức thấp và chân số 6 của IC 74LS02 nhân giá trị thấp vậy tín hiệu đưa ra tại chân số 1 của IC74LS02 sẽ là mưc thấp vậy transistor sẽ khóa và rơle
mở máy bơm ngừng hoạt động
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện
Trang 9
+ Các linh kiện sử dụng trong mạch điện
R1 22R
3 Đinh nghĩa : TỤ ĐIỆN
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện
Trang 10
Tụ điện là một loại linh kiện thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch điện tử, có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng từ trường.
- Kí hiệu:
-Led
LED (là viết tắt của Light Emitting Diode có nghĩa là điốt phát quang) là các diode có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống như diode, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N
5 IC nguồn ổn áp
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện
Trang 11
• Cách đơn giản nhất để tạo ra nguồn +5V là dùng IC nguồn 7805.
• Nhược điểm lớn nhất của họ 78XX là tỏa nhiệt rất nhiều, điện áp thừa sẽ được cắt bỏ chuyển thành nhiệt năng tỏa ra trên IC
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện
Trang 12
• Lưu ý rằng điện áp đầu vào cho 7805 chỉ nên cao hơn 2V-3V so với điện áp đầu ra, họ 78XX là họ IC nguồn tạo ra điện áp dương tùy theo loại IC ta chọn.Ví dụ như 7812 sẽ cho
Chức năng: Tranzito là linh kiện điện tử chủ động, tức là cần nguồn cung cấp năng lượng để
hoạt động, cụ thể, cần phải phân cực cho tranzito để nó hoạt động Tùy theo mục đích mà tranzito được mắc nối với mạch điện các kiểu khác nhau để thực hiện những chức năng sau:
Khóa điện tử
Truyền dẫn điện
Bộ khuếch đại
.7: Rơ le
-Khái niệm:Rơle là loại khí cụ điện tự động mà đặc tính ra vào có tính chất tín hiệu đầu ra thay
đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định
-Rơle thường cấu tạo gồm các bộ phận chính có chức năng khác nhau như sau:
+Bộ phận thu,tiếp nhận nhưng đại lượng vào biến đổi thành những đại lượng vật lý cần thiết cho rơle hoạt động
+Bộ phận trung gian: so sánh những đại lượng đã được biến đổi với đại lượng mẫu.Theo kết quả so sánh, nếu đạt được giá trị tác động thì truyền tín hiệu đến bộ phận chấp hành
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện
Trang 13
+Bộ phận chấp hành phát tín hiệu cho nạch điều khiển nối sau rơle.
-Phân loại:
+ Theo nguyên lí hoạt động của rơle: điện từ.từ điện, phân cực, điện động, cảm ứng… +Theo nguyên lí tác động :role có tiếp điểm và không có tiếp điểm
+Theo tính chất đại lượng đầu vào: role dòng điện,điện áp,công suất…
+Ngoài ra theo mục đích sử dụng,phương pháp nối bộ phận thu vào mạch điện …
Hình 9: rơle
8: IC 7414 cổng NOT
Dùng để đảo tín hiệu đầu vào
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện
Trang 14
A Y
0 1
1 0
Kí hiệu và bảng trạng thái cổng NOT
Trang 15-Chân 1,2 tạo thành một cổng.Tiếp đó là 3 với 4, 5 với 6, 8 với 9, 10 với 11, 12 với 13.-Chân 14 là dương nguồn, chân 7 nối mát
* Ứng dụng cua ic
- Kết hợp với các linh kiện điện tử để tạo nên mạch logic
Nhận xét: Tín hiệu giữa ngõ ra và ngõ vào luôn ngược mức logic nhau.
0101
1000
Kí hiệu và bảng trạng thái cổng NOR
Nhận xét: Ngõ ra cổng NOR sẽ ở mức 1 khi tất cả các ngõ vào ở mức 0.
Một số IC chứa cổng NOR: 4001, 4025, 74HC02,74LS02
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện
Trang 16
-Kết hợp với các ic số khác để tạo nên các mạch điều khiển logic
PHẦN HAI : THIẾT KẾ MẠCH VÀ THỰC NGHIỆM
2.1Thiết kế theo sơ đồ khối
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện
Trang 17Nhiệm vụ từng khối như sau:
Khối nguồn : sẽ được dùng hai ic 7805 để tạo điện áp đầu ra ổn định
và +5v cấp nguồn nuôi cho các ic số và rơle hoạt động
Khối cảm biến :khối này chứa các bộ cảm biến nó có thể cảm nhận vàđáp ứng với các tín hiệu và kích thích để biến đổi các đại lượng không điện thành các đại lượng điện cụ thể trong trường hợp này khối cảm biến sẽ nhận kích thích là chất lỏng nó cảm nhận được tín hiệu kích thích và biến đổi thành đại lương điện tạo các mức điện ap cao thấp cấp cho khối logic
Khối logic : tiêp nhận các mức logic từ khối cảm biến và biến đổi tạo các mức phù hợp để điều khiến sự đóng ngắt của role từ đó điều khiển motor đòng mở
Khối chấp hành:tiêp nhận tín hiệu từ khối mach logic để đóng ngắt role
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện
Trang 18
2.2.1 Thiêt kế khối nguồn
Hinh2.2.Sơ đồ nguyên lý khối nguồn
số 1)của IC nguồn 7812 để cấp ra nguồn +12V ổn định,chân 1 của IC là chân vào nối từ đầu ra của mạch chỉnh lưu tới chân dương của tụ 2000µF.Chân 2 nối mát,chân 3 là chân ra sẽ được lối ra tụ 1000µF tiếp đến để lấy nguồn +5v
ta mác thêm hai IC ổn áp loại 7805 vào chân dương của tụ C2, chân đầu ra sẽđược lổi ra tụ 1000 µF Ngoài ra, ta có thể nắp thêm 2 Led báo nguồn để nhận
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện
Trang 19
biết được sự hoạt động của mạch nguồn và ba điện trở để hạn dòng cho Led
là thực sự cần thiết
2.2.2 Thiêt kế khối cảm biến
2.2.2.1 Cảm biến mức nước
Là những thanh kim loại có khả năng dẫn điện tốt được đặt trong bể cùng
với 1 nguồn 5v được đặt dưới đáy bể Nguyên lý hoạt động nhờ sự dẫn điện của nước
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện
Trang 20
2.2.3 Thiết kế mạch tạo các mức logic cho bể chứa
Chọn mức l=1 tương ứng với mức nước lớn hơn hoặc bằng mức 1 trường hợp còn lại l=0
Chọn mức h=1 tương ứng với mức nước lớn hơn hoặc bằng mức 2 trường hợp còn lại h=0
Mạch logic sẽ có dạng như sau
Xét các trạng thái
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện
Trang 21
Gọi So tương ứng với trạng thái đầu ra ở trạng thái thấp (b=0) và S1 tương ứng với trạng thái đầu ra ở mức cao (b=0)
Ta có mô hình nước dâng tương ứng vơi các trạng thái đầu ra như sau
Hinh 2.2.3.1các trạng thái xảy ra
Ta có đồ hình trạng thái như sau
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện
Trang 22
Từ đó ta có bảng trang thái sau
Trang 232.2.4 :Thiêt kế khối chấp hành
Hinh2.4.Sơ đồ khối chấp hành
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện
Trang 24
Khối chấp hành sẽ nhận tín hiệu ra từ khối mạch logic để tác động vào motorđóng hay ngắt motor ở khối này việc lắp thêm một bộ khuyếch đại là cần thiết để nâng dòng vào cuộn hút cho role tùy theo mục đích sử dụng của role
2.2.5: Thiêt kế khối tạo trể
Hinh2.5.Khối tạo trễ
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện
Trang 25
Tạo ra thời gian báo động kéo dài khi có 1 vật cản đi qua khối thu phát bằng cách tạo độ rộng xung ra ở chân số 3 của NE 555 Độ rộng xung càng lớn thì thời gian báo động càng lâu.
- Công thức tính tần số điều chế độ rộng xung của 555:
+ Tần số của tín hiệu đầu ra là :
f = 1/(ln2.C4.(R1 + 2R3)) + Chu kì của tín hiệu đầu ra :
t = 1/f + Thời gian xung ở mức H (1) trong một chu kì :
t1 = ln2 (R1 + R3).C4 + Thời gian xung ở mức L (0) trong 1 chu kì :
t2 = ln2.R3.C4
Sơ đồ đi dây:
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện
Trang 26
PHẦN BA:THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
3.1 Cảm biến mức nước
Là những thanh kim loại có khả năng dẫn điện tốt được đặt trong bể cùng với 1 nguồn 5v được đặt dưới đáy bể Nguyên lý hoạt động nhờ sự dẫn điện
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện
Trang 29
STT Tuần Công việc thực
tài ,yêu cầu của mạch
_Tìm hiểu ứng dụng của mạch trong thực tế
-Đạt
_Đài
hoạch thực hiện tiến độ
theo từng tuần
_Cả nhóm
định yêu cầu điều khiển bơm nước tư động theo lưu lượng
xả của bể
_ Cả nhóm
4 4+5 _Phân tích lựa chọn kết cấu
cho mô hình,lựa chọn phương ánđiều khiển
mô hinh_Lựa chọn các phần tử điều
_Đài
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện
Trang 30
khiển sử dụng trong mô hình
và tìm hiểu thông tin các linh kiện trên
_Đạt
nguyên lý toàn mạch
_Tính toán thông số rồi tiếnhành chạy mô phỏng
Cả nhóm
sản phẩm(đi dây)
_Hoàn thành sản phẩm_Chuẩn bị nội dung làm cuốn thuyết minh
_Cả nhóm
_Hoàn tất sản phẩm,kiểm tra lại toàn bộ nội dung
_Cả nhóm
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện
Trang 31
Hướng phát triển của đề tài
Thiết kế ra một sản phẩm chúng em cũng rất mong được ứng dụng hiệu quả vào thực tế và được mọi người sử dụng và đánh gía cao và có thể cạnh tranh với sản phẩm nhập ngoại để làm được điều này chúng
em không chỉ dừng lại ở những gì đã có mà chúng em không ngừng nghiên cứu suy nghĩ để cải tiền nâng cao chất lượng của mạch để nó thực sự hoàn thiện khi sử dụng trong thực tế cụ thể như chúng em có thể thay thế các cảm biến thông thường bằng cảm biến siêu âm để có thể đo được mức nước trong bể một cách chính xác và có thể hiển thị trên LED hay PLC hay có thể thiết kế thêm các đồng hồ đo nước gắn vào các bể để người dùng tiện quan sát.có thể thiết kế thêm các bộ chống quá tải cho đông cơ cũng như các bộ bảo vệ quá áp quá dòng cho động cơ
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện