1. 3 Máy biến áp nguồn
1.8.2. Các cổng Logic
a. Cổng AND.
Kí hiệu: Bảng trạng thái A B Y 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1
Hình 1.8.2.1: Kí hiệu và bảng trạng thái cổng AND
Nhận xét: Ngõ ra của cổng logic AND chỉ lên mức 1 khi các ngõ vào là mức 1. + A,B: ngõ vào tín hiệu logic
+ 0: mức logic thấp + 1: mức logic cao + Y: đáp ứng ngõ ra Một số IC chứa cổng AND: 4081, 74LS08, 4073, 74HC11. Hình 1.8.2.2: IC 4073 và IC 74LS08 b. Cổng NOT.
Dùng để thực hiện phép đảo logic. A Y 0 1 1 0
Hình 1.8.2.3: Kí hiệu và bảng trạng thái cổng NOT Một số IC chứa cổng NOT: 7414, 4069.
Hình 1.8.2.4: IC 7414
Nhận xét: Tín hiệu giữa ngõ ra và ngõ vào luôn ngược mức logic nhau.
c. Cổng NAND.
Dùng để thực hiện phép đảo của phép nhân logic.
A B Y 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0
1
Hình 1.8.2.5: Kí hiệu và bảng trạng thái cổng NAND
Nhận xét: Ngõ ra của cổng NAND ở mức 1 khi tất cả các ngõ vào là mức 0.
Một số IC chứa cổng NAND: 4011,74HC00, 74HC10, 74HC20.
Hình 1.8.2.6: IC 4011 và IC 74HC20
d. Cổng OR.
Dùng để thực hiện chức năng cộng logic. Bảng trạng thái
A B Y 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 Hình 1.8.2.7: Kí hiệu và bảng trạng thái cổng OR Nhận xét: Ngõ ra cổng OR ở mức 1 khi ngõ vào có ít nhất một ngõ ở mức 1. Một số IC chứa cổng OR: 74HC32, 74HC4075.
Hình 1.8.2.8: IC 74HC32
e. Cổng NOR.
Dùng để thực hiện phép đảo cổng OR.
A B C 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0
Hình 1.8.2.9: 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.
Hình 1.8.2.10: IC 4001
f. Cổng EX-OR.
Dùng để tạo ra tín hiệu mức 0 khi các đầu vào cùng trạng thái. Bảng trạng thái A B Y 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0
Hình 1.8.2.11: Kí hiệu và bảng trạng thái cổng EX-OR
Nhận xét: Ngõ ra cổng EX-OR ở mức 1 khi các đầu vào ngược mức logic.
Hình 1.8.2.12: 74HC86
Tóm lại : Trên đây giới thiệu 6 loại cổng logic: AND, NOT, NAND, OR, NOR, EX-OR.
Nhưng thực tế chỉ cần 4 cổng AND, OR, EX-OR, NOT thì có thể có được các cổng còn lại. Hiện nay các cổng logic được tích hợp trong các IC. Một số IC thông dụng chứa các cổng thông dụng là: + 4 AND 2 ngõ vào: 7408, 4081. + 6 NOT: 7404, 4051. + 4 NAND 2 ngõ vào: 7400, 4071. + 4 NOR 2 ngõ vào: 7402, 4001. + 4 EX-OR 2 ngõ vào: 74136, 4030
1.9. Bảng thông số kỹ thuật của một số loại ic số.
các ic số sử dụng trong mạch đều là IC thuộc họ 74 chúng có chung một bảng thông số kỹ thuật nếu có khác biệt chỉ khác nhau vè công suất tiêu thụ hoặc tần số làm việc
Symbol Parameter Min Nom Max Units
VCC Supply 4.75 5 5.25 V
VIL Low Level Input Voltage 0.8 V
VOH High Level Output Current -0.8 mA
VOL Low Level Output Current 16 mA
TA Free Alr Operating Temparature
0 70 C
1.10 Động cơ bơm nước
Hinh 1.10.1 Mô hình cấu tạo máy bơm nước
Cấu tạo động cơ không đồng bộ ba pha gốm hai bộ phận chính là : roto và stato ,ngoài ra còn vỏ máy và lắp máy...
Stato(phần tĩnh)
Gồm lõi thép và dây quấn
Hình 1.10.2: Dạng stato
• Lõi thép : gồm các lá thép kĩ thuật điện ghép thành hinh trụ ,mặt trong có dãnh đặt dây quấn
Hình 1.10.3: hình ảnh lõi thép
• Dây quân ; là dây đồng được phủ sơn cách điện gồm ba day quấn đạt trong các dãnh stato theo quy luật nhất định .Sáu đầu dây của bap ha day quấn được đấu ra ngoài hộp đấu dây đễ nhận điện vào
Roto (phần quay)
Gồm lõi thép và dây quấn, ngoài ra còn trục quay…
• Lõi thép:làm bằng lá thép kĩ thuật điện ,mặt ngoài sẻ rãnh ,ở giữa có lỗ để lắp trục , ghép lại thành hình trụ
• Dây quấn:có hai kiểu
• Dây quấn roto lồng sóc:có hình dạng như hình • Dây quấn kiểu roto dây quấn :có hình dạng như hình
Hình1.10.4 Ảnh roto lồng sóc
PHẦN HAI: THIẾT KẾ MẠCH VÀ THỰC NGHIỆM 2.1Thiết kế theo sơ đồ khối
Khối mạch logic
Khối chấp hành
Khối cảm biến
Khối nguồn
Hình2.1.1 Sơ đồ khối toàn mạch
Nhiệm vụ từng khối như sau:
• Khối nguồn: sẽ được dùng IC 7805va 7812 để tạo điện áp đầu ra ổn định +5v
và +12v 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 và đáp 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 : tiếp 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
2.2 thiết kế mạch nguyên lý2.2.1 Thiêt kế khối nguồn 2.2.1 Thiêt kế khối nguồn
Hình 2.2.1 Sơ đồ khối nguồn
Nguồn cấp vào là điện áp xoay chiều,vì vậy ta phải lắp một cầu diode để chuyển điện áp xoay chiều sang điện áp một chiều,ngoài ra,có thể thay cầu diode bằng 4 con diot thường. Ta dùng tụ lọc để san phẳng điện áp sau chỉnh lưu,một tụ 470µF sẽ được nối ngay sau cầu diode,kế tiếp là chân vào(chân 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 470µF.Chân 2 nối mát,chân 3 là chân ra sẽ được lối ra tụ 470µF. tiếp đến để lấy nguồn +5v ta mác thêm một IC ổn áp loại 7805 vào chân dương của tụ C2 .Ngoài ra,ta có
thể nắp thêm 2 Led báo nguồn để nhận biết được sự hoạt động của mạch nguồn và hai điện trở để hạn dòng cho Led là thực sự cần thiết.
=5V va VLED=12V , =30mA. Dựa vào đó ta chọn điện trở 560 Ω để hạn dòng cho Led là tương đối hợp lý.
2.2.2 Thiêt kế khối cảm biến
Hình 2.2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch thu phát hồng ngoại • Nguyên lý làm việc:
• LED1 luôn phát,LED2l uôn thu tín hiệu từ LED1 • -LED2 làm việc trong miền ngược.
• Nếu tia hồng ngoại do LED1 phát ra mà không bị chặn thì LED2 sẽ nhận được tín hiệu tức LED2 làm việc trong miền ngược và sẽ cho dòng điện cấp từ nguồn đi qua.
• Nếu tia hồng ngoại do LED1 phát ra mà bị chặn lại, khi đó LED2 không nhận được tín hiệu của LED1 thì LED2không làm việc tức dòng điện bị chặn lại. • Để đảm xung ra có chất lượng tốt ta dung thêm IC 7417N
2.2.3 Thiết kế khối mạch logic
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
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=1)
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
• Từ đó ta có bảng trang thái sau
Với hai gạch chéo là các trạng thái khong thể xảy ra
• Tứ bảng trạng thái và đồ hình trạng thái ta thiết kế dược mạch logic dùng các cổng logic cơ bản như sau
Hình 2.2.3.2 Sơ đồ mạch tạo mức cho các bể
Ban đầu ta có b=1và h=0,l=0 qua mạch biến đổi logic kết quả làm đầu ra ở mức cao Trạng thái kế cận tiếp theo b=1 và l=1,h=0 qua mạch biến đổi logic kết quả làm đầu ra ở mức cao
Trạng thái tiếp theo b=1 và h=1,l=1 qua mạch biến đổi logic kết quả làm đầu ra ở mức thấp
Sau đó lại lạp lại trạng thái ban đầu cứ thế các trạng thái lặp đi lặp lại
Ta có thể áp dụng khối mạch chia mức này cho tất cả ba bể A,B,C tuy nhiên với mỗi bể ta laị phải thiết kế thêm các cổng logic riêng để phù hợp với chức năng từng bể cụ thể là:
• Xét bể chứa A
Trong bể A tín hiệu ra b của khối logic chia mức sẽ được đưa vào vị trí chân số 1 của cổng
AND chân còn lại cổng AND sẽ được nối với H đã qua cổng đảo của mạch logỉc ở bể chứa B. Để tránh hiện tượng tràn bể khi bể C ngừng hoạt động nước sẽ dâng tới mức H của bể B thì chân 2 của cổng AND sẽ ở mức thấp do đó đầu ra của mạch luôn ở mức thấp tác đông vào role .Làm motor M1 ngừng hoạt động nước không được hút nên bể chứa A
trạng thái này tồn tại đến khi nào mức nước xuống dưới mức H của bể chúa B thì máy bơm lại trở lại trạng thái ban đầu .
Hình 2.2.3.3 sơ đồ nguyên lý mạch logic ở bể A
• Xét bể chứa B.
Đầu ra b của khối mạch logic chia mức này chứa thêm một cổng NOT để đảo tín hiệu tác động vào đầu ra khối logic chia mức ở bể chứa C để tác đông vào motor làm motof mở hay tắt
hình 2.2.3.4 sơ đồ nguyên lý mạch logic của bể B
Bể chứa C hoạt động giống như bể chứa A. Tuy nhiên chân ở vị trí số 1 của cổng AND đựoc nối vào chân ra b (đã qua cổng đảo) của khối mạch logictạo mức của bể chứa B. Nếu mức nước ở bể chứa B dưới mức 1 và mức 2 khi đó đầu ra b ở mức cao.Qua cổng NOT xuống mức thấp, nhưng khi nước dâng đến mức 2 tức là H =1,l=1đầu ra b ở mức thấp thấp qua cổng NOT lại trở lên ở mức cao.Làm cho chân ở vị trí số 10 của cổng AND ở mức cao, nên đầu ra b của nó sẽ phụ thuộc vào đầu ra b của mạch logic chia mức của bể C. Trên thực tế dung tích giữa hai mức 1 va2 của bể chứa B thường lớn hơn hoặc bằng bể chứa C.Do vậy mực nước luôn nằm trong mức 1 và 2 của bể chứa B lên máy bơm vẫn hoạt đông bình thường
Hình 2.2.3.5 Sơ đồ nguyên lý mạch logic bể chứa C
• Ngoài ra ta có thể thiêt kế thêm mạch chuyển đổi giữa tự đông và bằng tay
như sau:
Khi khóa S1 đóng lại ngay lập tức tín hiệu đầu ra của hai cổng logic AND1 và NAND2 xuống mức thấp vì khóa k2 vẫn mở lúc đó chân số 13 của cổng OR ở mức thấp do đó đầu ra chân 11 của cổng này sẽ ở mức thấp lám cho motor không hoạt đông . khi ta nhấn khóa S2 lám cho chân 11 của cổng OR này sẽ ở mức cao motor sẽ hoạtn đông trở lại sự ngắt mở của motor sẽ phụ thuộc vào sự đóng ngắt khóa S2 đó là chế độ bằng tay .tương tự cho khóa k3 đóng ngắt cho motor M2
Hình 2.2.3.6 Mạch logic chuyển từ chế độ tự động sang bằng tay
Hình 2.2.4 Sơ đồ khối chấp hành
Khối chấp hành sẽ nhận tín hiệu ra từ khối mạch logic để tác động vào motor đóng 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 mà ta cần thiết kế bộ khuyếch đại để được dòng phù hơp ở mạch này ta dùng transistor NPN(C2383 )là phù hợp
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
PHẦN BA: KẾT LUẬN
Đề tài “ Thiết kế,chế tạo mạch bơm nước tự động dùng ic số “ là một đề tài vô cùng hấp dẫn .Nó có ứng dụng rất quan trọng trong thực tế …Được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo Đỗ Công Thắng và các thầy cô trong khoa Điện-Điện tử và sự nỗ lực không ngừng của các thành viên trong nhóm cho đến nay nhóm chúng em đã nghiên cứu và hoàn thành đồ án.Nhìn chung mạch chạy ổn định,đo điện áp tương đối chuẩn,tính ổn định cao và chống nhiễu tương đối tốt.Tuy nhiên,do đây là đồ án thứ hai,kiến thức còn hạn chế nên còn rất nhiều thiếu sót.Vì vậy,nhóm chúng em rất mong nhận được sự góp ý chân thành từ phía các thầy cô giáo và bạn đọc đẻ hoàn thiện đề tài hơn và phát triển đề tài lên mức cao hơn.
Sau một thời gian làm đồ án tại khoa, chúng em đã học hỏi được rất nhiều kinh nghiệm và kiến thức. Các thầy cô giáo đã rất nhiệt tình hướng dẫn và chỉ bảo đặc biệt là thầy Đỗ Công Thắng đã giúp nhóm em có thể hoàn thành tốt đồ án này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
HưngYên, tháng 11 năm2011
Nhóm sinh viên thực hiện:
Nguyễn Văn Mắn Vũ Quốc Tự
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Thành Long-Điện tử cơ bản-Trường ĐHSPKT Hưng Yên-2010 2.Đỗ Xuân Thụ-Kỹ thuật điện tử-Trường ĐH Bách Khoa-2006
3.http://lqv 77.com/2009/02/15/co-ban-dien-tro/
4.Nguyễn Thành long-Nguyễn Ngọc Minh –kỹ thuật đo lường –cảm biến ĐHSPKTHY 5.http://hoiquandientu.com/read/php?292
6.http://www.datasheetcatalog.com/datasheet-pdf/L/M/3/9/LM3914.html 7.http://tailieu.vn/tag/tai-lieu/dao động ký.html
