4. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ĐỀ TÀI
4.3. Tiến hành thi công lắp ráp mạch dò kim loại dùng IC 4093
4.3.1. Thiết kế mạch nguyên lý
Hình 2.20: Nguyên lý mạch dò kim loại dùng IC 4093.
4.3.2. Lắp ráp, kiểm tra mạch và chạy thử trên board đa năng
Từ sơ đồ mạch nguyên lý, tiến hành lắp mạch nghiên cứu trên test board. Sử dụng các máy đo nhƣ: đo tần số, máy đo dao động ký, máy đo đa năng… để kiểm tra mạch, đo các linh kiện điện tử và đo các dao động mà mạch tạo ra để từ đó có sự điều chỉnh.
4.3.3. Tiến hành nghiên cứu các dao động qua máy dao động ký
Hình 2.22: Tín hiệu thu được từ dao động ký.
Hình 2.23: Tín hiệu quan sát được từ chân số 3 IC 4093.
Quan sát tín hiệu từ dao động ký ta đƣợc: + Tần số f1 tại chân số 3 IC 4093: Ta có: Chu kỳ T1 = 3,2 khoảng x 20s = 64.10-6 (s) o f 1= 64 10 1 6 1 T =15,625 KHz + Hàm vo(t): Ta có: Điện thế Vpp=4,3 khoảng x 2V = 8,6 V Vo max= 4,3 2pp V V
- Tín hiệu thu đƣợc từ chân 4 IC 4093.
Hình 2.24: Tín hiệu quan sát được từ chân số 4 IC 4093.
Quan sát tín hiệu từ dao động ký ta đƣợc: + Tần số f2 tại chân số 4 IC 4093: Ta có: Chu kỳ T2 = 3,2 khoảng x 20s = 64.10-6 (s) f 2 = 64 10 1 6 1 T =15,625 KHz + Hàm vo(t): Ta có: Điện thế Vpp=5 khoảng x 2V =10 V Vo max= 5 2pp V V
vo(t) = Vo maxsin(2ft) = 5sin(31,25.103t)(V).
Quan sát đồng thời hai tín hiệu trên dao động ký khi chƣa có kim loại tác động lên cuộn dây hình 2.24 và khi có kim loại tác động hình 2.25.
Hình 2.25: Hai tín hiệu khi có kim loại tác dụng vào cuộn dây.
4.3.4. Sử dụng phần mềm vẽ mạch in Realpcb Version 2.0
Hình 2.27: Sơ đồ lắp ráp linh kiện.
4.3.5. Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động dựa vào cấu tạo IC 4093.
- Mạch khi chƣa có kim loại tác động lên cuộn dây L (d = 5cm, 100 vòng, dây 25%), hai tần số dao động từ chân 3 và chân 4 IC 4093 có tần số bằng nhau, đƣợc cho vào 1 cổng NAND ở chân 8 và 9, tín hiệu ra ở chân số 10, và tín hiệu đƣa vào cổng NOT có tác dụng làm đảo pha tin hiệu từ chân 10 vào chân 12 và 13 đƣợc nối với nhau, tín hiệu lấy ra ở cổng số 11 và có tần số chuẩn đƣợc đƣa vào amply, amply phát ra 1 âm thanh chuẩn.
- Khi mạch có kim loại tác động lên cuộn dây, hệ số tự cảm của cuộn dây sẽ thay đổi => Tần số f2 từ chân số 4 sẽ thay đổi => Tần số ngõ ra ở chân 11 thay đổi => Amply phát ra một âm thanh khác với âm thanh chuẩn ban đầu giúp ta nhận biết có kim loại.
4.3.6. Hoàn thành đóng gói sản phẩm
Hình 2.29: Hộp chứa mạch, cuộn dây và nhôm.
Hình 2.31: Hoàn thành đóng gói mạch.
4.4. Ƣu điểm và nhƣợc điểm mạch dò kim loại 4.4.1. Ƣu điểm 4.4.1. Ƣu điểm
- Cấu tạo đơn giản, nhỏ gọn với các linh kiện phổ biến. - Có thể sử dụng điện xoay chiều và một chiều.
- Lắp đặt dễ dàng. - Giá thành hợp lí.
4.4.2. Nhƣợc điểm
Máy hoạt động với công suất nhỏ nên chỉ dò tìm đƣợc các kim loại có độ sâu giới hạn tùy thuộc và kích thƣớc kim loại.
4.5. Kết quả nhận đƣợc
Tiến hành nghiên cứu trên board đa năng thu thập và xử lý các kết quả cho thấy mạch có thể dò tìm các vật bằng kim loại khác nhau tùy vào cuộn dây và trị số biến trở VR trên mạch, nếu muốn dò tìm các kim loại khác ta chỉ cần thay đổi biến trở VR để điều chỉnh độ nhạy của mạch. Sau khi hoàn thành mạch đã vận hành tốt và ổn định có thể dò đƣợc các kim loại với độ xâu nhất định tuỳ thuộc và kích thƣớc kim loại.
Với mong muốn góp phần nâng cao hiệu quả làm viêt tiết kiệm đƣợc thời gian và tiết kiệm chi phí trong sản xuất và đời sống nhƣ: dò tìm kim loại trong khai khẩn đất đai, tìm kiếm vật dụng sau chiến tranh,... Mạch dò kim loại với thiết kế đơn giản này hy vọng sẽ trở thành vật dụng có ích cho mọi nhà.
PHẦN KẾT LUẬN
1. VỀ LÝ THUYẾT
Đã nghiên cứu và hiểu đƣợc hoạt động của các mạch dao động và nguyện lý hoạt động của một số IC tích hợp, ứng dụng hiện tƣợng cảm ứng điện từ trong máy dò kim loại, thông qua đó giúp tôi hiểu rõ hơn về các mạch điện tử và một số hoạt động của các linh kiện thƣờng gặp. Giúp tôi hiểu rõ hơn về môn kỹ thuật điện tử mà tôi đã và đang nghiên cứu,…
2. VỀ THỰC NGHIỆM
Dựa vào các kiến thức đã học từ các học phần: điện học, kỹ thuật điện tử 1 và 2, kỹ thuật điện, và các tài liệu giáo viên hƣớng dẫn cung cấp, vận dụng các kiến thức đã học và nguồn tài liệu cùng sự giúp đỡ từ giáo viên hƣớng dẫn tôi đã tiến hành nghiên cứu để chế tạo mạch dò kim loại sử dụng các linh kiện điện tử đơn giản cùng với các IC tích hợp: IC 4093, IC 567, IC 555 và ứng dụng hiện tƣợng cảm ứng điện từ. Tôi đã nghiên cứu và chế tạo thành công hai mạch dò kim loại nhƣ trên.
Tóm lại: Kết quả thu đƣợc đã hoàn thành mục tiêu mà luận văn đề ra.
3. HẠN CHẾ
Đề tài đã hoàn thành nhƣ mục tiêu đã đề ra. Nhƣng bên cạnh đó còn tồn tại nhiều hạn chế về phạm vi dò tìm và tùy thuộc vào chất liệu cũng nhƣ kích thƣớc của kim loại.
4. PHƢƠNG HƢỚNG
Trong tƣơng lai tôi sẽ hoàn thiện hơn thiết bị dò tìm kim loại của mình để đƣa vào hỗ trợ phục vụ đời sống, cũng nhƣ tìm hiểu và thực hiện các ứng dụng khác của thiết bị.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Trinh Đƣờng, điện tử tương tự, nhà xuất bản giáo dục, 2006. [2] Tống Văn On, vi mạch và mạch tạo sóng, nhà xuất bản giáo dục, 2000. [3] Địa chỉ trang: http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/.
PHỤ LỤC
CHƢƠNG 1: PHẦN MỀM NATIONAL INSTRUMENTS CIRCUIT DESIGN SUITE 12.0
1. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM NATIONAL INSTRUMENTS CIRCUIT DESIGN SUITE 12.0 DESIGN SUITE 12.0
Phần mềm National Instruments Circuit Design Suite cho đến nay đã có rất nhiều phiên bản, xét về cách sử dụng và nội dung thì không có gì khác nhau mấy, nhƣng xét về giao diện, thƣ viện và thiết bị đo thì phiên bản này có phần trội hơn các phiên bản trƣớc.
National Instruments Circuit Design Suite là một phần mềm dùng để khảo sát thiết kế các mạch điện, điện tử trong học tập cũng nhƣ các mạch điện ứng dụng. Cung cấp các thiết bị, linh kiện là các kí hiệu hình vẽ, điều này giúp ngƣời học dễ dàng thực hiện mô phỏng và thao tác trên nó. Trang bị đầy đủ các dụng cụ đo tín hiệu số: vôn kế, ampe kế, …, hay hiển thị dƣới dạng đồ thị (giống nhƣ một dao động ký thực tế), góp phần tăng tính trực quan trong quá trình học tập, cũng nhƣ quá trình làm việc trên phần mềm.
2. HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM NATIONAL INSTRUMENTS CIRCUIT DESIGN SUITE 12.0 CIRCUIT DESIGN SUITE 12.0
2.1. Cài đặt chƣơng trình
Để cài đặt phần mềm National Instruments Circuit Design Suite 12.0 ta tiến
hành theo các bƣớc sau:
Đƣa đĩa CD-ROM MultiSim 12.0 vào ổ đĩa CD-ROM, nhấp kép chuột vào file setup trong đĩa CD này để cài đặt.
- Sau khi cài đặt, chạy chƣơng trình NI License Activator v1.1 để lấy serial và kích hoạt phần mềm NI Circuit Design Suite 12.0.
2.2. Khởi động chƣơng trình
Ta có thể khởi động chƣơng trình National Instruments Circuit Design Suite 12.0 bằng các cách sau:
Cách 1: Từ menu Start, chọn lệnh Start/ All Programs/ National Instruments/ Circuit Design Suite 12.0/ Multisim 12.0.
Cách 2: Từ màn hình Desktop, nhấn kép icon
Giao diện của chƣơng trình NI Multisim 12:
Hình 3.3: Giao diện chương trình NI NI Multisim 12. Hình 3.2: Kích hoạt phần mềm NI Circuit Design Suite. 12.0
2.3. Thoát khỏi chƣơng trình
Muốn thoát khỏi chƣơng trình National Instruments Circuit Design Suite 12.0 ta thực hiện theo các cách sau đây:
Cách 1: Click mouse vào nút Close góc trên bên phải.
Cách 2: Chọn menu File/Exit.
Cách 3: Sử dụng phím tắt Alt + F4.
3. TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM NATIONAL INSTRUMENTS CIRCUIT DESIGN SUITE 12.0 CIRCUIT DESIGN SUITE 12.0
3.1. Khảo sát giao diện của National Instruments Circuit Design Suite 12.0
3.2. Giới thiệu các menu
Hình 3.4: Các thanh công cụ trong giao diện NI.
Hình 3.5: Thanh menu.
Thanh công cụ Chạy mô phỏng
Không gian mô phỏng
Xem thiết kế
Thanh thiết bị đo Công cụ thiết kế
Thanh trình đơn
3.2.1. Menu File có các lệnh
New: Mở một file mới.
Open: Mở một file đã tồn tại.
Open Samples: Mở một file mẫu đã tồn tại. Close: Đóng file hiện hành.
Close All: Đóng tất cả các file hiện hành. Save: Lƣu file hiện hành.
Save As: Lƣu file với tên mới.
Save All: Lƣu tất cả các file hiện hành. New Project: Mở một dự án mới. Open Project: Mở một dự án đã tồn tại. Print: In mạch điện.
Print Preview: Xem mạch điện trƣớc khi in. Print Options: Tùy chọn trong in ấn.
Recent Circuits: Hiển thị mạch sử dụng gần đây. Recent Projects: Hiển thị dự án gần đây.
Exit: Thoát khỏi chƣơng trình.
3.2.2. Menu Edit có các lệnh
Undo: Trở lại các hoạt động trƣớc đó. Redo: Trở lại hoạt động "undo" trƣớc đây.
Cut: Cắt bỏ linh kiện, mạch điện hay thiết bị nào đó. Copy: Sao chép linh kiện hay thiết bị.
Paste: Dán linh kiện, mạch điện, thiết bị đã Cut, Copy. Delete: Xóa bỏ linh kiện,…
Select All: Chọn tất cả các linh kiện,… Delete Multi-Page: Xóa nhiều trang đã chọn. Paste as Subcircuit: Dán nhƣ là mạch điện phụ. Find: Tìm kiếm mạch điện.
Comment: Hiển thị lời chú thích. Graphic Annotation: Chú thích đồ họa. Order: Vị trí đặt linh kiện.
Assign to Layer: Chỉ định cho lớp Layer. Layer Settings: Cài đặt lớp Layer.
Title Block Position: Tiêu đề vị trí khối. Orientation: Định hƣớng.
Edit Symbol/Title Block: Chỉnh sửa biểu tƣợng/ tiêu đề Block.
Font: Điều chỉnh font chữ. Properties: Hiển thị thuộc tính.
Hình 3.6: Menu File.
3.2.3. Menu View có các lệnh
Full Screen: Xem toàn màn hình mô phỏng. Zoom In: Phóng to không gian mô phỏng. Zoom Out: Thu nhỏ không gian mô phỏng. Zoom Area: Phóng to, thu nhỏ vùng đã chọn. Zoom Fit to Page: Phỏng to, thu nhỏ vừa với trang. Show Grid: Hiện lƣới trong vùng mô phỏng.
Show Border: Hiển thị đƣờng viền. Show Page Bounds: Hiện giới hạn trang. Ruler bars: Hiện thanh thƣớc đo.
Status Bar: Hiện thanh trạng thái. Design Toolbox: Hộp công cụ thiết kế.
Spreadsheet View: Hiển thị bảng tính linh kiện. Circuit Description Box: Hộp mô tả mạch điện. Toolbars: Thanh công cụ.
Comment/Probe: Nhận xét
Grapher: Hiển thị đồ thị mô phỏng.
3.2.4. Menu Place có các lệnh
Component: Hộp công cụ. Junction: Hiện đƣờng giao nhau. Wire: Hộp dây dẫn.
Bus: Hộp Bus.
Connectors: Công cụ kết nối.
Hierarchical Block From File: Sơ đồ khối phân cấp từ tập tin.
New Hierarchical Block: Mở khối phân cấp mới. Replace by Hierarchical Block: Thay thế bằng khối
phân cấp.
New Subcircuit: Mở mạch điện phụ mới.
Replace by Subcircuit: Thay thế bằng mạch điện phụ mới.
Multi-Page: Mở nhiều trang trong một mạch điện. Merge Bus: Nối các bus.
Bus Vector Connect:
Comment: Đặt lời chú thích.
Text: Đặt text tại vị trí đặt trỏ chuột. Graphics: Các dụng cụ vẽ.
Title Block: Khối tiêu đề.
Hình 3.8: Menu Wiew.
3.2.5. Menu Simulate có các lệnh
Run: chạy mô phỏng mạch điện - điện tử. Pause: tạm dừng chạy mô phỏng.
Stop: Ngừng chạy mô phỏng. Instruments: Các thiết bị đo.
Interactive Simulation Settings: Cài đặt mô phỏng tƣơng tác trực quan.
Digital Simulation Settings: Cài đặt mô phỏng các mạch kỹ thuật số.
Analyses: Phân tích mạch điện.
Postprocessor: Hộp thoại Postprocessor.
Simulation Error Log/Audit Trail: Mô phỏng lỗi khi đăng nhập/ kiểm tra đƣờng dẫn.
XSpice Command Line Interface: Giao diện dòng lệnh Xspice.
Load Simulation Settings: Tải cài đặt mô phỏng. Save Simulation Settings: Lƣu cài đặt mô phỏng. Auto Fault Option: Lựa chọn lỗi tự động.
Dynamic Probe Properties: Các thuộc tính của probe Clear Instrument Data: Xóa dữ liệu thiết bị đo.
3.2.6. Menu Options có các lệnh
Global Preferences: Khai báo các chuẩn chung. Sheet Properties: Bảng thuộc tính.
Customize User Interface: Tùy chỉnh giao diện ngƣời dùng.
3.2.7. Menu Tools có các lệnh
Component Wizard: Hộp công cụ Wizard Database: Cơ sở dữ liệu.
555 Timer Wizard: 555 Timer Wizard.
Filter Wizard: Các thủ thuật thiết kế mạch lọc.
CE BJT Amplifier Wizard: Khuếch đại BJT CE Wizard.
Rename/Renumber Components: Đổi tên/ đánh số lại các linh kiện.
Hình 3.10: Menu Simulate.
Update Circuit Components: Cập nhật các thành phần mạch điện.
Electrical Rulers Check: Kiểm tra các qui tắc thiết kế mạch điện.
Clear ERC Markers: Xóa đánh dấu ERC. Symbol Editor: Trình soạn thảo ký hiệu. Title Block Editor: Trình biên tập khối tiêu đề. Description Box Editor: Trình biên tập hộp mô tả. Edit Labels: Chỉnh sửa nhãn.
Capture Screen Area: Chụp vùng màn hình.
Internet Design Sharing: Trao đổi thiết kế trên Internet. EDAparts.com: EDAparts.com.
3.2.8. Các Menu khác
Ngoài ra còn có các menu khác nhƣ: Transfer, Reports, Window, Help, MCU.
Hình 3.12: Menu Tools.
3.3. Giới thiệu các công cụ 3.3.1. Standard Toolbar 3.3.1. Standard Toolbar
Các nút trên thanh công cụ chuẩn đƣợc mô tả dƣới đây:
Nút Chức năng
Tạo một file mạch mới. Mở một tập tin mạch hiện có. Lƣu mạch bản vẽ.
In bản vẽ mạch điện.
Xem bản vẽ trƣớc khi in.
Cắt đối tƣợng và lƣu vào bộ nhớ tạm.
Sao chép các đối tƣợng và lƣu vào bộ nhớ tạm.
Chèn nội dung của đối tƣợng đã sao chép tại vị trí con trỏ.
3.3.2. View Toolbar
Nút trên thanh công cụ View đƣợc mô tả dƣới đây:
Nút Chức năng
Toggle Full Screen: Chỉ hiển thị không gian làm việc, không
có toobars hay các mục menu.
Increase Zoom: Phóng to kích thƣớc các bản vẽ mạch điện. Decrease Zoom: Giảm độ phóng đại của các bản vẽ.
Zoom Area: Kéo con trỏ để chọn một khu vực trên không gian làm việc để phóng đại.
Zoom Fit to Page: phóng to đối tƣợng phù hợp với kích thƣớc trang. Hiển thị các đối tƣợng trong toàn bộ vùng làm việc.
Bảng 1: Các nút trên thanh công cụ Standard Toolbar. Hình 3.14: Công cụ Standard Toolbar.
3.3.3. Main Toolbar
Các nút trên thanh công cụ chính đƣợc mô tả dƣới đây:
Nút Chức năng
Toggle Design Toolbox: Thiết bị chuyển mạch hộp công cụ
thiết kế và tắt.
Toggle Spreadsheet View: Xem bảng chuyển trên mạch và
tắt. Tính năng này không có sẵn trong tất cả các phiên bản của Multisim.
Database Manager: Quản lý cơ sở dữ liệu. Hộp thoại khởi
động quản lý cơ sở dữ liệu.
Create Component: Tạo ra các linh kiện. Khởi động phần
Wizard.
Run/Stop Simulation: Bắt đầu / dừng mô phỏng các mạch Grapher/Analyses: Phân tích và hiển thị Grapher.
Postprocessor: Hiển thị hộp thoại Postprocessor.
Electrical Rules Checking: Kiểm tra các quy tắc thiết kế hệ
thống mạch điện.
Back Annotate from Ultiboard: Quay lại chú thích từ
Ultiboard.
Forward Annotate: Chú thích theo chiều thuận.
In Use List (không đƣợc hiển thị ở đây): Nhắp chuột vào mũi
tên để hiển thị một danh sách các thành phần đƣợc sử dụng trong mạch.
Help: Mở các file trợ giúp.
Bảng 3: Các nút trên thanh công cụ Main Toolbar. Hình 3.16: Các nút trên thanh công cụ Main Toolbar.
3.3.4. Components Toolbar
Nút trên thanh công cụ linh kiện đƣợc mô tả dƣới đây. Mỗi nút sẽ mở ra một vùng linh kiện (chọn một trình duyệt Component) với các nhóm đã quy định.
Nút Chức năng
Source: Chọn các thành phần nhóm Nguồn trong trình duyệt. Basic: Chọn các thành phần của nhóm Basic trong trình
duyệt.
Diode: Chọn các nhóm linh kiện Diode trong trình duyệt. Transistor: Lựa chọn nhóm linh kiện Transistor trong trình