Chƣơng 4 : QUY TRÌNH THIẾT KẾ
4.3 Tính tốn và thiết kế mạch điện tử
Mạch điện tử có vai trị thu nhận tín hiệu từ thiết bị cần quản lý, server sẽ tiếp nhận tín hiệu từ mạch phần cứng thông qua kết nối wifi để ta có thể dễ dàng quản lý, server cũng có thể lưu lại lịch sử hoạt động, các mốc thời gian thay đổi trạng thái của tủ kem để tiện cho việc theo dõi.
26
4.3.1 Mạch giám sát và điều khiển thiết bị
Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý của mạch
Tính năng phát hiện điện áp được đề xuất để theo dõi trạng thái bật/tắt khi máy hoạt động và gửi tín hiệu lên website quản lý cũng như website thiết bị. Vậy nên, phần mạch giám sát và điều khiển cho thiết bị sẽ được chia ra làm 2 phần: Một là phần mạch phát hiện điện áp sử dụng Opto cách li quang PC817, hai là phần mạch điều khiển và gửi tín hiệu cho Node MCU ESP8266. Cả hai phần phân tích hoạt động của mạch đều sẽ được giải thích dưới đây.
4.3.2 Mạch phát hiện điện áp AC
27
Ngõ vào ra trạng thái tủ kem có điện áp AC chỉnh lưu nửa sóng điện áp xoay chiều 220V-AC sẽ đi qua một diode chỉnh lưu theo nguyên lý chỉnh lưu nửa sóng (bán kỳ), khi dạng sóng AC tiêu chuẩn được truyền qua diode chỉnh lưu thì dạng sóng chỉ cịn lại một nửa, hiệu quả của bộ chỉnh lưu nửa sóng là 40.6%, tức là điện áp được bỏ đi một nửa từ 220V xuống cịn ~ 110V, mục đích sử dụng duy nhất một diode thay vì cầu diode là để giảm tải cho điện trở cơng suất phía sau. Chỉ cần duy nhất một diode để chỉnh lưu bán kỳ. Về bản chất, đây là tất cả những gì bộ chỉnh lưu nửa sóng đang làm.
Hình 4.4: Chỉnh lƣu bán kỳ
Điện áp sau khi qua điện trở công suất sẽ được giảm xuống và ổn áp tại diode Zenner với giá trị 4.7V, sử dụng tụ 1000uF và tụ 1uF để chuyển đổi (làm mịn) dạng sóng DC xung thành dạng sóng DC khơng đổi, triệt tiêu các gợn sóng trong dạng sóng.
Dịng điện sau khi đi qua các tụ lọc đã đủ ổn định để cung cấp cho các cấu thành linh kiện cịn lại trong mạch hoạt động, khi đó sẽ được truyền qua Opto cách li quang PC817 để nhận biết có điện áp đi qua hay khơng.
28
Hình 4.5: Sơ đồ cấu tạo Opto cách li quang PC817
PC817 là một opto được sử dụng rất phổ biến, nó chứa một LED hồng ngoại và một transistor quang trong cùng một thân linh kiện dạng IC có 4 chân, chủ yếu được sử dụng để cách li hai mạch với nhau.
Khi có điện áp được đặt vào LED hồng ngoại nối trên chân 1 và 2, LED sẽ được kích hoạt và anh sáng được nhận bởi Transistor quang bên trong làm cho nó ở trạng thái bão hịa, từ đó chân 3 và 4 sẽ nối với nhau và cho dòng điện đi qua. Do cấu tạo bên trong Opto là một LED phát và một LED thu, nên dòng điện sau khi đi qua tụ lọc sẽ được mắc thêm một điện trở (trong mạch này sử dụng 470 Ohm).
Hình 4.6: Đèn LED để kiểm tra trạng thái Opto
Do bản thân Opto PC817 là một linh kiện kín cho nên việc kiểm tra và nhận biết Opto có đang hoạt động hay khơng là điều khơng thể. Vì vậy một đèn LED rời được mắc nối thêm bên ngồi có nguồn VCC nối chung với chân số 4, GND nối chung với chân số 3 của Opto. Đèn LED trong quá trình vận hành khi có điện áp chạy qua sẽ sáng để báo hiệu rằng Opto đang hoạt động, giúp cho cơng việc bảo trì
29
sửa chữa mạch về lâu dài sẽ dễ dàng hơn. Tín hiệu bật tắt này cũng tương ứng với tín hiệu bật tắt của tủ kem, do đó chúng ta sẽ nối một đường tín hiệu từ đây vào một chân GPIO của vi điều khiển ESP8266-12F.
4.3.3 Mạch điều khiển sử dụng kết nối wifi
Hình 4.7: Sơ đồ mạch điều khiển
Node MCU ESP8266-12F đóng vai trị là một vi điều khiển trung tâm với nhiệt vụ thu phát Wifi, thu nhận tín hiệu truyền trạng thái của tủ kem truyền về từ mạch phát hiện điện áp, ngồi ra nó cịn hỗ trợ một website local để theo dõi trạng thái của tủ kem theo thời gian thực, có thể thay đổi thông tin kết nối, khởi động lại mạch hoặc xóa dữ liệu đưa về trang thái ban đầu chỉ với một thao tác nhấn đơn giản.
30