Thiết kế hệ thống đo dung tích xăng trong bình chứa

Thiết kế hệ thống đo dung tích xăng trong bình chứa Thiết kế hệ thống đo dung tích xăng trong bình chứa Thiết kế hệ thống đo dung tích xăng trong bình chứa Thiết kế hệ thống đo dung tích xăng trong bình chứa Thiết kế hệ thống đo dung tích xăng trong bình chứa Thiết kế hệ thống đo dung tích xăng trong bình chứa Thiết kế hệ thống đo dung tích xăng trong bình chứa

MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG LÊ HỮU PHÚ GVHD: LÊ HỒNG NAM 15DT3 VÕ THÁI DƯƠNG 15DT3 TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG KỸ THUẬT VIỄN THƠNG THỰC TẬP CƠNG NHÂN BÁO CÁO NHĨM Thực tập công nhân (MT) BR MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG GVHD: LÊ HỒNG NAM ĐỀ TÀI: MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG TRONG BỒN CHỨA CĨ DUNG TÍCH TỐI ĐA 1000 LÍT, KÍCH THƯỚC BÌNH CHỨA 0.5m x 5m (cao x dài), CĨ CẢNH BÁO BẰNG CỊI VÀ ĐÈN KHI XĂNG CẠN HOẶC ĐẦY, ĐO NHIỆT ĐỘ XUNG QUANH BỒN CHỨA VÀ ĐO CẢNH BÁO NẾU CĨ RỊ RỈ XĂNG GVHD: LÊ HỒNG NAM SVTH: LÊ HỮU PHÚ VÕ THÁI DƯƠNG LỚP: 15DT3 NHĨM: 11 Thực tập cơng nhân (MT) BR MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG GVHD: LÊ HỒNG NAM PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ Thành viên Khối phụ trách Lê Hữu Phú Khối Nguồn Khối hiển thị cảnh báo Võ Thái Dương Khối điều khiển Khối cảm biến Thực tập công nhân (MT) BR MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG GVHD: LÊ HỒNG NAM MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Nhiệm vụ đề tài Sơ đồ khối nhiệm vụ khối 2.1 Sơ đồ khối tổng quát 2.2 Nhiệm vụ khối 2.2.1 Khối nguồn 2.2.2 Khối hiển thị cảnh báo 2.2.3 Khối điều khiển 2.2.4 Khối cảm biến Chọn linh kiện 3.1 Khối hiển thị cảnh báo 3.1.1 Phần hiển thị 3.1.2 Phần cảnh báo 11 3.1.3 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị cảnh báo 12 3.2 Khối nguồn 13 3.2.1 Chỉnh lưu dòng điện 13 3.2.2 Nâng dòng ổn áp 5V 15 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 17 3.3 Khối cảm biến 17 3.4 Khối điều khiển 24 Đo kiểm tra linh kiện mạch 25 4.1 Khối nguồn 25 4.1.1 Tầng chỉnh lưu 25 4.1.2 Nâng dòng ổn áp 5V 28 4.2 Khối hiển thị cảnh báo 29 4.3 Khối cảm biến 30 Thực tập công nhân (MT) BR MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG GVHD: LÊ HỒNG NAM Đo kiểm tra nguyên lý làm việc khối 34 5.1 Khối nguồn 34 5.1.1 Sơ đồ nguyên lý 34 5.1.2 Đo kiểm tra 34 5.2 Khối hiển thị cảnh báo 36 5.2.1 Sơ đồ nguyên lý 36 5.2.2 Đo kiểm tra 36 Thực tập công nhân (MT) BR MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG GVHD: LÊ HỒNG NAM LỜI NĨI ĐẦU Với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật, đặc biệt ngành điện tử ứng dụng nhiều công nghiệp Trong lĩnh vực điều khiển, từ cơng nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đem đến kỹ thuật điều khiển đại có nhiều ưu điểm so với việc sử dụng mạch điều khiển lắp ráp linh kiện rời kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ tin cậy cao, công suất tiêu thụ nhỏ, hoạt động ổn định,… Ngày nay, lĩnh vực điều khiển ứng dụng rộng rãi thiết bị, sản phẩm phục vụ nhu cầu sinh hoạt hàng ngày người máy giặt, đồng hồ báo giờ, chuông điện tử, cửa tự động, thiết bị đo hiển thị,… giúp cho đời sống ngày đại tiện nghi Chúng em chân thành cảm ơn thầy Lê Hồng Nam tận tình dẫn trình thực tập, Thầy tạo điều kiện cho chúng em thực đề tài cách tốt hiệu Nhóm em xin cảm ơn Thầy! Thành viên nhóm ký tên Lê Hữu Phú Võ Thái Dương Thực tập công nhân (MT) BR MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG GVHD: LÊ HỒNG NAM Nhiệm vụ đề tài Thiết kế hệ thống đo dung tích xăng bồn chứa, đo nhiệt độ xung quanh bồn để hiển thị cảnh báo mức xăng, đo cảnh báo rò rỉ xăng có Sơ đồ khối nhiệm vụ khối 2.1 Sơ đồ khối tổng quát KHỐI NGUỒN KHỐI ĐIỀU KHIỂN (Thu) KHỐI HIỂN THỊ VÀ CẢNH BÁO Khu trung tâm KHỐI NGUỒN KHỐI CẢM BIẾN KHỐI ĐIỀU KHIỂN (Phát) Khu bồn chứa Thực tập công nhân (MT) BR MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG GVHD: LÊ HỒNG NAM 2.2 Nhiệm vụ khối 2.2.1 Khối nguồn Khối nguồn cung cấp điện áp dòng điện cho toàn hệ thống bao gồm mức điện áp 5V cho khối điều khiển, khối hiển thị cảnh báo, khối cảm biến Yêu cầu ngõ ra: + Điện áp: (4.8 ÷ 5.2)V + Dịng điện: (1 ÷ 2)A + Sai số cho phép: ±2% Yêu cầu ngõ vào: + Điện áp: (180 ÷ 230)V + Dịng điện: (3 ÷ 5)A 2.2.2 Khối hiển thị cảnh báo  Phần hiển thị: Hiển thị mức xăng nhiệt độ đo Yêu cầu ngõ ra: + Độ xác: > 90% + Kích thước: 150cm x 90cm (dài x rộng) + Hiển thị số từ đến Yêu cầu ngõ vào: + Điện áp: (3.8 ÷ 4.2)V + Dịng điện: (1.1 ÷ 1.3)A Thực tập cơng nhân (MT) BR MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG GVHD: LÊ HỒNG NAM  Phần cảnh báo: Cảnh báo mức xăng đầy hay cạn Yêu cầu ngõ ra: + Kích thước: 2cm x 2cm + Tần số: (2KHz ÷ 3KHz) ± 500Hz Yêu cầu ngõ vào: + Điện áp: (3.5 ÷ 5)V + Dịng điện: (20 ÷ 25)mA 2.2.3 Khối điều khiển Nhận tín hiệu dạng số từ khối cảm biến truyền sang để đưa kết thị báo động Yêu cầu ngõ vào: dạng số Yêu cầu ngõ ra: dạng số 2.2.4 Khối cảm biến Từ nhiệm vụ đề tài đặt đo dung tích xăng bồn chứa, đồng thời đo nhiệt độ xung quanh bồn đo phát có rị rỉ xăng hay khơng khối cảm biến có đối tượng cần đo là: dung tích xăng, nhiệt độ nồng độ xăng xung quanh bồn (nếu có rị rỉ) Cụ thể:  Đo dung tích xăng: + Đối tượng cần đo: dung tích xăng bể + Giới hạn đo: đo xăng bồn có chiều cao tối đa 0,5m + Độ xác: 99% (sai số 5mm) Thực tập công nhân (MT) BR MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG GVHD: LÊ HỒNG NAM + Yêu cầu ngõ ra: điện áp có biên độ 4,8v  5,2v Tần số 10kHz, dòng khoảng 15mA  Đo nhiệt độ: + Đối tượng cần đo: nhiệt độ xung quanh bồn xăng + Giới hạn cần đo: nhiệt độ cao khơng q 600 + Độ xác: sai số 0C + Tín hiệu dạng analog  Đo rò rỉ xăng: + Đối tượng cần đo: nồng độ xăng môi trường xung quanh bồn xăng + Giới hạn đo:từ 300ppm đến 10000ppm + Độ xác: + Tín hiệu ra: dạng analog Chọn linh kiện 3.1 Khối hiển thị cảnh báo 3.1.1 Phần hiển thị  Các phương pháp: Màn hình LCD: + Ưu điểm: Độ xác cao + Nhược điểm: Khó sử dụng, không đủ nhiệm vụ 10 Thực tập công nhân (MT) BR MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG GVHD: LÊ HỒNG NAM Bộ nguồn cung cấp cho khối cảm biến : Đầu vào lấy từ nguồn bên khối xử lí trung tâm nằm khoảng: 12v ->16v Đi qua diode chống ngược dòng nên điện áp đầu vào LM7805 : VinLM7805 (11.3v -> 15.3v) Đầu LM7805 VoutLM7805 (4.75v -> 5.25v) Mạch cảm biến nhiệt độ đặt bên bồn xăng : Đầu vào lấy từ mạch khối cảm biến có khoảng điện áp (12v -> 16v) Đi qua LM7805 Đầu vào LM7805 có: Vin =(12v ->16v) Đầu Vout = (4.75v -> 5.25v) Vcc LM35 (4.75v -> 5.25v) Vin+LM358 (200mV ->650mV) tùy thuộc vào nhiệt độ môi trường, 10mV = 1°C VoutLM358 = 3*(200mV -> 650mV) 23 Thực tập công nhân (MT) BR MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG GVHD: LÊ HỒNG NAM Mạch cảm biến rị rỉ xăng : Đầu vào lấy từ mạch khối cảm biến có khoảng điện áp (12v ->16v) Đi qua LM7805 Đầu vào LM7805 có Vin = (12v ->16v) Đầu Vout = (4.75v -> 5.25v) Vcc MQ2 (4.75v -> 5.25v) Phần mạch lọc tích cực dùng để lọc tín hiệu nhận từ cảm biến trước đưa vào vi điều khiển: Tín hiệu từ cảm biến nhiệt độ đưa vào chân LM358 lấy chân LM358 với khoảng điện áp 3.5*V3 24 Thực tập công nhân (MT) BR MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG GVHD: LÊ HỒNG NAM Tín hiệu từ cảm biến rị rỉ đưa vào chân LM358 lấy chân 7, mạch lọc nhiễu , không khuếch đại 3.4 Khối điều khiển Nên chọn chip atemega328p có tốc độ xử lí nhanh, tiêu tốn lượng, dễ lập trình Vì khối cảm biến đặt cách xa khối trung tâm khoảng 20m, truyền tín hiệu xa, ta cần phải lựa chọn chuẩn truyền phù hợp, đảm bảo tín hiệu truyền đến nơi cách an tồn, khơng tổn hao Có thể truyền tín hiệu dây khơng dây,truyền dây có chuẩn giao tiếp RS232, RS485, chuẩn giao tiếp dùng dòng điện vịng 20mA Truyền khơng dây có truyền sóng AM, FM Chọn chuẩn giao tiếp RS485 có tốc độ truyền nhanh, khả chống nhiễu tốt, giao tiếp với nhiều vi điều khiển Vì mà bên khối cảm biến gắn thêm vi điều khiển atemega328p Vì chọn chuẩn giao tiếp RS485 nên bên gắn Max485 25 Thực tập cơng nhân (MT) BR MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG GVHD: LÊ HỒNG NAM  Sơ đồ nguyên lý: Tín hiệu truyền từ khối cảm biến sang khối điều khiển thông qua chuẩn RS485 Đo kiểm tra linh kiện mạch 4.1 Khối nguồn 4.1.1 Tầng chỉnh lưu Trường hợp tải nhỏ nhất: + Biến áp: Ngõ vào: 218V ∈ (180 ÷ 230)V Ngõ ra: 12.4V ∈ (11.5 ÷ 13.5)V + Điện áp qua cầu: 15.81V ∈ (14.5 ÷ 17.3)V 26 Thực tập cơng nhân (MT) BR MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG GVHD: LÊ HỒNG NAM + Điện áp qua tụ: 15.80V Hình Dạng sóng điện áp qua tụ Trường hợp tải trung bình: + Biến áp: Ngõ vào: 212V ∈ (180 ÷ 230)V Ngõ ra: 11.1V ∈ (11 ÷ 13)V + Điện áp qua cầu: 13.2V ∈ (14 ÷ 16)V + Điện áp qua tụ: 13.1V Hình Dạng sóng điện áp qua tụ 27 Thực tập công nhân (MT) BR MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG GVHD: LÊ HỒNG NAM Trường hợp tải lớn nhất: + Biến áp: Ngõ vào: 213V ∈ (180 ÷ 230)V Ngõ ra: 10.6V ∉ (11 ÷ 12.5)V + Điện áp qua cầu: 11.17V ∉ (14 ÷ 15.6)V + Điện áp qua tụ: 11.15V Hình Dạng sóng điện áp qua tụ 28 Thực tập cơng nhân (MT) BR MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG GVHD: LÊ HỒNG NAM  Nhận xét: Mạch hoạt động yêu cầu, mức điện áp phù hợp khoảng lý thuyết Trường hợp tải lớn điện áp biến áp điện áp qua cầu không thuộc khoảng lý thuyết, mạch hoạt động bình thường 4.1.2 Nâng dòng ổn áp 5V Trường hợp tải nhỏ nhất: + Vin: 15.79V ∈ (15 ÷ 17.5)V + VRB: 0.12V + VBE: 0.12V + VCE: 10.33V + Vout: 4.98V ∈ (4 ÷ 5.2)V Trường hợp tải trung bình: + Vin: 11.74V ∉ (14 ÷ 16)V + VRB: 0.63V ∈ (0.6 ÷ 0.85)V + VBE: 0.61V ∈ (0.6 ÷ 0.8)V + VCE: 8.07V ∉ (8.3 ÷ 10.8)V + Vout: 4.94V ∈ (4.5 ÷ 5.2)V Trường hợp tải lớn nhất: + Vin: 9.54V ∉ (13 ÷ 15.5)V + VRB: 0.66V ∈ (0.6 ÷ 0.85)V 29 Thực tập cơng nhân (MT) BR MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG GVHD: LÊ HỒNG NAM + VBE: 0.62V ∈ (0.6 ÷ 0.8)V + VCE: 5.97V ∉ (7.5 ÷ 11.3)V + Vout: 4.94V ∈ (4 ÷ 5)V Hình Dạng sóng ngõ LM7805  Nhận xét: Các mức điện áp trường hợp không tải phù hợp với khoảng lý thuyết Các mức điện áp trường hợp tải trung bình tải lớn có sụt áp ngõ vào, ngõ phù hợp khoảng lý thuyết Mạch hoạt động bình thường 4.2 Khối thị cảnh báo Trường hợp mức logic 1: VBE: 0.003V ∈ (-0.7 ÷ 0.2)V VCE: 1.12 ∈ (1 ÷ 3)V 30 Thực tập cơng nhân (MT) BR MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG GVHD: LÊ HỒNG NAM Trường hợp mức logic 0: VBE: 0.74 ∈ (0.58 ÷ 0.8)V VCE: 0.02 ∈ (0 ÷ 1)V Hình Giả lập mức logic cấp vào để hiển thị, tổng dòng đo 97.2mA  Nhận xét: Mạch hoạt động bình thường Các mức điện áp phù hợp khoảng lý thuyết 4.3 Khối cảm biến Mạch cảm biến nhiệt độ đặt bên bồn xăng: 31 Thực tập cơng nhân (MT) BR MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG GVHD: LÊ HỒNG NAM + Vheader = 13.63v + VinLM7805 =13.54v + VoutLM7805 = 4,97v + Vì VinLM7805 =13.54v thuộc khoảng (12v ->16v) VoutLM7805 = 4,97v thuộc khoảng (4.75v -> 5.25v) nên LM7805 hoạt động ổn định + VccLM35 = 4.96v + VoutLM35 = 0.25v + VccLM358 = 4.97v + V3LM358 = 0.25v + V1LM358 = 0.82v + Ta thấy V1LM358 = 3.28* V3LM358  LM358 hoạt đông tốt Mạch cảm biến rò rỉ xăng: + Vheader = 14.31v + VinLM7805 =14.31v + VoutLM7805 = 4,9v + Vì VinLM7805 =14.31v thuộc khoảng (12v ->16v) VoutLM7805 = 4,9v thuộc khoảng (4.75v -> 5.25v) nên LM7805 hoạt động ổn định + VccMQ2 = 4.89v + VAout = 0.45v 32 Thực tập cơng nhân (MT) BR MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG GVHD: LÊ HỒNG NAM Bộ nguồn cung cấp cho khối cảm biến: Trường hợp không tải : + Vheader = 14.94v + VD1 = 0.77v + VinLM7805 = 14.12v + VoutLM7805 = 4.97v Trường hợp có tải : + Vheader = 14.55v + VD1 = 0.77v + VinLM7805 = 13.9v + VoutLM7805 = 4.98v 33 Thực tập công nhân (MT) BR MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG GVHD: LÊ HỒNG NAM Phần mạch lọc tích cực dùng để lọc tín hiệu nhận từ cảm biến trước đưa vào vi điều khiển : + VccLM358= 4.98v + V3LM358 = 0.75v + V1LM358 = 2.32v + V5LM358 = 0.52v + V7LM358 = 0.52v  Nhận xét: V3 khuếch đại lên lần qua mạch khuếch đại lọc nhiễu V5 giữu nguyên giá trị qua mạch lọc mạch lọc mà khơng khuếch đại 34 Thực tập cơng nhân (MT) BR MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG GVHD: LÊ HỒNG NAM Đo kiểm tra nguyên lý làm việc khối 5.1 Khối nguồn 5.1.1 Sơ đồ nguyên lý Hình 10 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 5.1.2 Đo kiểm tra Trường hợp tải nhỏ nhất: + Biến áp: Ngõ vào: 216V Ngõ ra: 11.8V + Điện áp qua cầu: 15.31V + LM7805: Ngõ vào: 14.43V Ngõ ra: 4.93V  Nhận xét: Mạch hoạt động khoảng lý thuyết 35 Thực tập công nhân (MT) BR MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG GVHD: LÊ HỒNG NAM Trường hợp tải trung bình: + Biến áp: Ngõ vào: 216V Ngõ ra: 11.4V + Điện áp qua cầu: 12.8V + VBE: 0.61V + VCE: 7.81V + LM7805: Ngõ vào: 11.27V Ngõ ra: 4.93V  Nhận xét: Mạch hoạt động không nằm khoảng lý thuyết, gần khoảng lý thuyết bình thường Trường hợp tải lớn nhất: + Biến áp: Ngõ vào: 215V Ngõ ra: 11.1V + Điện áp qua cầu: 11.9V + VBE: 0.62V + VCE: 5.97V + LM7805: Ngõ vào: 9.54V Ngõ ra: 4.94V  Nhận xét: Mạch hoạt động khoảng lý thuyết bình thường 36 Thực tập cơng nhân (MT) BR MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG GVHD: LÊ HỒNG NAM 5.2 Khối hiển thị cảnh báo 5.2.1 Sơ đồ nguyên lý Hình 11 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị cảnh báo 5.2.2 Đo kiểm tra Trường hợp mức logic 0: + VBE: 0.74V + VCE: 0.02V Trường hợp mức logic 1: + VBE: 0.01V + VCE:1.14V  Nhận xét: Các mức điện áp phù hợp với khoảng lý thuyết Mạch hoạt động tốt 37 Thực tập công nhân (MT) BR ... BR MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG GVHD: LÊ HỒNG NAM Nhiệm vụ đề tài Thiết kế hệ thống đo dung tích xăng bồn chứa, đo nhiệt độ xung quanh bồn để hiển thị cảnh báo mức xăng, đo cảnh báo rị rỉ xăng có Sơ...MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG GVHD: LÊ HỒNG NAM ĐỀ TÀI: MẠCH ĐO DUNG TÍCH XĂNG TRONG BỒN CHỨA CĨ DUNG TÍCH TỐI ĐA 1000 LÍT, KÍCH THƯỚC BÌNH CHỨA 0.5m x 5m (cao x dài), CÓ CẢNH BÁO BẰNG CÒI VÀ ĐÈN KHI XĂNG... rị rỉ xăng hay khơng khối cảm biến có đối tượng cần đo là: dung tích xăng, nhiệt độ nồng độ xăng xung quanh bồn (nếu có rị rỉ) Cụ thể:  Đo dung tích xăng: + Đối tượng cần đo: dung tích xăng bể