Nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển quạt điện từ xa

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CƠNG TRÌNH BỘ MƠN KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế mạch điều khiển quạt điện từ xa Giảng viên hƣớng dẫn : ThS Lê Minh Đức Sinh viên thực : Phạm Thanh Phong Mã sinh viện : 1351082106 Lớp : K58 - CĐT Khóa : 2013 - 2017 Hà Nội - 2017 LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển ngành kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển, ngành tự động hóa đạt đƣợc nhiều tiến Tự động hóa khơng làm giảm nhẹ sức lao động cho ngƣời mà cịn góp phần lớn việc nâng cao suất lao động, cải thiện chất lƣợng sản phẩm tự động hóa ngày khẳng định đƣợc vị trí nhƣ vai trị ngành cơng nghiệp đƣợc phổ biến rộng rãi hệ thống cơng nghiệp giới nói chung Việt Nam nói riêng Trong sống hàng ngày ứng dụng điều khiển từ xa, ứng dụng thú vị tiện ích, với điều khiển từ xa tay, ta điều khiển nhiều thiết bị theo nhu cầu mong muốn mà di chuyển Xuất phát từ ƣu điểm quan trọng ứng dụng thực tế sống thiết bị điều khiển từ xa nên em chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế mạch điều khiển quạt điện từ xa” Bố cục đề tài gồm có chƣơng: Chƣơng 1: Cơ sở lý thuyết Chƣơng 2: Thiết kế mạch điều khiển từ xa quạt điện Chƣơng 3: Chế tạo, lắp ráp vận hành thử nghiệm điều khiển từ xa thiết bị quạt điện Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp đƣợc quan tâm Thầy, Cô khoa, đặc biệt giáo viên hƣớng dẫn ThS LÊ MINH ĐỨC ơng PHẠM HƠNG DƢƠNG giám đốc cơng ty TNHH ĐIỆN TỬ ANH VIỆT giúp đỡ em tận tình q trình tìm hiểu xây dựng mơ hình điều khiển Để đồ án em hoàn thành thời gian Tuy nhiên thực đề tài thời gian, nguồn tài liệu trình độ cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi sai sót Kính mong nhận đƣợc dẫn góp ý thầy bạn Em xin trân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày… tháng… năm 2017 SINH VIÊN THỰC HIỆN Phạm Thanh Phong NHẬN XÉT (Của giảng viên hƣớng dẫn) Họ tên sinh viên: Phạm Thanh Phong Mã Sinh viên: 1351082106 Lớp: K58_CĐT Sinh viên Phạm Thanh Phong hoàn thành báo cáo khóa luận tốt nghiệp theo quy định, theo tiến độ kế hoạch Bộ môn Khoa đề - Về nội dung: Báo cáo khóa luận gồm chƣơng: Chƣơng 1: Cơ sở lý thuyết Chƣơng 2: Thiết kế mạch điều khiển từ xa quạt điện Chƣơng 3: Chế tạo, lắp ráp vận hành thử nghiệm điều khiển từ xa thiết bị quạt điện Nội dung báo cáo khóa luận hợp lý, đầy đủ bảng biểu, hình vẽ minh họa, sơ đồ thiết kế phụ lục; bố cục chặt chẽ, văn phong mạch lạc, trình bày theo mẫu quy định Làm rõ đƣợc trình tự từ thiết kế, thi cơng tới lắp ráp vận hành sản phẩm mạch điện tử cụ thể - Về ý thức: Trong thời gian thực khóa luận tốt nghiệp, sinh viên Phạm Thanh Phong có tinh thần thái độ làm việc tích cực; tác phong cơng nghiệp giấc; có cố gắng thực để tìm hiểu thực nội dung khóa luận; có liên hệ, vận dụng tốt lý thuyết thực tiễn; cầu tiến học tập Kết luận: Đồng ý cho sinh viên Phạm Thanh Phong nộp báo cáo bảo vệ khóa luận tốt nghiệp Hà Nội, ngày…… tháng……năm 2017 Giảng viên hƣớng dẫn ThS Lê Minh Đức NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện) ………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………… GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN (Chữ ký, họ tên) MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU NHẬN XÉT MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu tín hiệu hồng ngoại 1.2 Tổng quan điều khiển từ xa ứng dụng 1.2.1 Nguyên lý làm việc 1.3 Linh kiện sử dụng 1.3.1 Vi điều khiển PIC 18F26K22 1.3.2 Bộ phát tín hiệu hồng ngoại 1.3.3 Bộ thu tín hiệu hồng ngoại 1.3.4 Điện trở 10 1.3.5 Tụ điện 11 1.3.6 Diode 12 1.3.7: IC LM7805 12 1.3.8 IC LM358 13 1.3.9 OPTO PC817 13 1.3.10 MOC3041 14 1.3.11 SN75176 15 1.3.12 ZOV (tụ chống sét) 15 1.3.14 LED đơn 15 1.3.15 Triac 16 1.3.16 Nút nhấn 17 1.3.17 Loa beep 17 CHƢƠNG THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỪ XA QUẠT ĐIỆN 18 2.1 Sơ đồ khối mạch thu/phát hồng ngoại 18 2.1.1 Sơ đồ khối mạch thu hồng ngoại 18 2.1.1 Sơ đồ khối mạch phát hồng ngoại 19 2.2 Nguyên lý hoạt động mạch thu/phát hồng ngoại 20 2.2.1 Mạch thu hồng ngoại 20 2.2.2 Nguyên lý hoạt động mạch phát hồng ngoại 24 CHƢƠNG CHẾ TẠO, LẮP RÁP VÀ VẬN HÀNH THỬ NGHIỆM BỘ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA THIẾT BỊ QUẠT ĐIỆN 28 3.1 Xây dựng chƣơng trình điều khiển 28 3.2 Thiết kế mạch in 30 3.3 Chế tạo mạch điều khiển 31 3.4 Lắp ráp, vận hành thử nghiệm điều khiển từ xa quạt điện 34 KẾT LUẬN 37 PHỤ LỤC 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Bƣớc sóng nguồn hồng ngoại Hình 1.2: Cấu trúc chung hệ thống điều khiển từ xa Hình 1.3: ứng dụng điều khiển thiết bị dân dụng Hình 1.4: Sơ đồ khối phần phát tín hiệu Hình 1.5: Sơ đồ khối Phần thu tín hiệu Hình 1.6: Hình ảnh sơ đồ chân PIC 18F26K22 Hình 1.7: Sơ đồ khối PIC18F26K22 Hình 1.8: LED phát tia hồng ngoại Hình 1.9: Mắt thu hồng ngoại Hình 1.10: Hình dạng điện trở 10 Hình 1.11: Hình dạng tụ điện 11 Hình 1.12: hình dạng diode 1N4148 diode cầu MB6S 12 Hình 1.13: Hình dạng IC LM7805 12 Hình 1.14: IC LM358 13 Hình 1.15: Hình dạng OPTO PC817 13 Hình 1.16: Hình dạng MOC3041 14 Hình 1.17: Hình dạng SN75176 15 Hình 1.18: Hình dạng ZOV 15 Hình 1.19: Hình dạng LED đơn 16 Hình 1.20: Hình dạng TRIAC 16 Hình 1.21: Hình dáng nút nhấn 17 Hình 1.22: Hình dạng loa beep 17 Hình 2.1: Sơ đồ khối mạch thu hồng ngoại 18 Hình 2.2: Sơ đồ khối mạch phát hồng ngoại 19 Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý mạch thu 20 Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý mạch khối nguồn 21 Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý khối thu tín hiệu tia hồng ngoại 21 Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp 22 Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý khối chấp hành 22 Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý khối kết nối 23 Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý khối Analog 23 Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý(PIC 18F26K22) 24 Hình 2.11: Sơ đồ nguyên lý mạch phát 24 Hình 2.12: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 25 Hình 2.13: Sơ đồ ngun lý khối phát tín hiệu 25 Hình 2.14: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý(PIC 18F26K22) 26 Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý khối phím điều khiển 26 Hình 2.16: Sơ đồ nguyên lý khối kết nối 27 Hình 3.1: Lƣu đồ giải thuật 28 Hình 3.2: Giao diện phần mềm MPLAB 29 Hình 3.3: Giao diện MCC 29 Hình 3.4: Sơ đồ mạch in mạch phát 30 Hình 3.5: Sơ đồ mạch in mạch thu 30 Hình 3.6: Mạch in thực tế đƣợc gia công CNC 32 Hình 3.7: Hàn linh kiện 32 Hình 3.8: Kiểm tra linh kiện sau hàn 33 Hình 3.9: Mạch thu hồn chỉnh 33 Hình 3.10: Mạch phát hồn chỉnh 34 Hình 3.11: Hình ảnh lắp giáp mạch vào quạt điện 34 Hình 3.12: Hình ảnh đèn báo nguồn mạch sáng 35 Hình 3.13: Điều khiển quạt từ chế độ tắt sang chế độ bật 35 Hình 3.14: Vận hành quạt chuyển số 36 Hình 3.15: Điều khiển quạt từ chế độ bật sang chế độ tắt 36 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Giới thiệu tín hiệu hồng ngoại a) Khái niệm Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) ánh sáng khơng thể nhìn thấy đƣợc mắt thƣờng, có bƣớc sóng khoảng từ 0.86µm đến 0.98µm Tia hồng ngoại có vận tốc truyền vận tốc ánh sáng Tia hồng ngoại truyền đƣợc nhiều kênh tín hiệu Nó đƣợc ứng dụng rộng rãi cơng nghiệp Lƣợng thơng tin đạt 3Mbit /s Lƣợng thơng tin đƣợc truyền với ánh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với sóng điện từ mà ngƣời ta dùng Tia hồng ngoại dễ bị hấp thụ, khả xuyên thấu Trong điều khiển từ xa tia hồng ngoại, chùm tia hồng ngoại phát hẹp, có hƣớng, thu phải hƣớng Sóng hồng ngoại có đặc tính quan trọng giống nhƣ ánh sáng ( hội tụ qua thấu kính, tiêu cự ) Ánh sáng thƣờng ánh sáng hồng ngoại khác rõ xuyên suốt qua vật chất Có vật chất ta thấy dƣới màu xám đục nhƣng với ánh sáng hồng ngoại trở nên suốt Vì vật liệu bán dẫn “trong suốt” ánh sáng hồng ngoại, tia hồng ngoại khơng bị yếu vƣợt qua lớp bán dẫn để b) Nguồn phát tia hồng ngoại + Các nguồn dùng phát tia hồng ngoại nhƣ : Mặt Trời nguồn phát tia hồng ngoại mạnh, thể ngƣời có nhiệt độ bình thƣờng 37°C nên nguồn phát tia hồng ngoại với bƣớc sóng khoảng 9µm Các vật có nhiệt độ lớn 0oK có phát tia hơng ngoại Đèn dây tóc, bếp gas, lị sƣởi nguồn phát tia hồng ngoại mạnh + Bƣớc sóng nguồn hồng ngoại Hình 1.1: Bƣớc sóng nguồn hồng ngoại + IRED: Diode hồng ngoại + LA: Laser bán dẫn, + LR: Đèn huynh quang, + Q: Đèn thủy tinh, + w: Bóng đèn điện sợi, + PT: Phototransistor Sóng hồng ngoại có đặc tính quan trọng giống nhƣ ánh sáng (sự hội tụ qua thấu kính, tiêu cực .) Ánh sáng sóng hồng ngoại khác rõ xuyên suốt qua vật chất, có vật mắt ta thấy phản chiếu sáng nhƣng tia hồng ngoại vật phản chiếu tối Vật liệu bán dẫn suốt ánh sáng hồng ngoại, tia hống ngoại khơng bị yếu khi xuyên qua lớp bán dẫn để 1.2 Tổng quan điều khiển từ xa ứng dụng a) Khái niệm Điều khiển từ xa việc điều khiển thiết bị hệ thống khoảng cách xa mà không cần phải điều chỉnh trực tiếp thiết bị hệ thống Khoảng cách tùy thuộc vào hệ thống có mức độ phức tạp khác nhau, phụ thuộc vào mục đích thiết kế hệ thống Hệ thống điều khiển từ xa hệ thống cho phép ta điều khiển thiết bị từ i -= 1; temp