Đang tải... (xem toàn văn)
Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống của con người đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, với những trang thiết bị hiện đại phục vụ công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Đặc biệt góp phần vào sự phát triển đó thì ngành kĩ thuật điện tử đã góp phần không nhỏ trong sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước. Trong đó môn kỹ thuật vi điều khiển được phát triển mạnh dựa trên những tiến bộ của công nghệ tích hợp các linh kiện bán dẫn và hệ lập trình có bộ nhớ kết hợp với máy tính điện tử. Từ những thời gian đầu phát triển đã cho thấy sự ưu việt của nó và cho tới ngày nay tính ưu việt đó ngày càng được khẳng định thêm. Những thành tựu của nó đã có thể biến được những cái tưởng chừng như không thể thành những cái có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho con người.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - Y SINH BÁO CÁO ĐỒ ÁN Môn học: Đề tài: THIẾT KẾ MẠCH BÁO CHÁY SỬ DỤNG VI MẠCH LM358 GVHD : Ths Nguyễn Thanh Bình SVTH : Nguyễn Văn Thiện MSSV : 19161292 T r a n g | 31 Tp.Hồ Chí Minh, ngày 2022 tháng năm MỤC LỤC MỤC LỤC PHẦN I: MỞ ĐẦU 1.Lý chọn đề tài 2.Mục tiêu đề tài 3.Giới hạn đề tài .4 PHẦN II NỘI DUNG .6 CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Khái niệm đo nhiệt độ 1.2 Thang đo nhiệt độ 1.3 Các phương pháp đo nhiệt độ .6 1.3.1 Phương pháp đo tiếp xúc: 1.3.2 Phương pháp đo không tiếp xúc 1.4 Khảo sát biến trở 1.4.1 Tổng quan biến trở .7 1.4.2 Cấu tạo biến trở 1.4.3 Nguyên lý hoạt động biến trở .8 1.5 Khảo sát điện trở nhiệt NTC 10k 1.5.1 Tổng quan điện trở nhiệt NTC .8 1.5.2 Các thông số kĩ thuật điện trở nhiệt NTC 1.5.3 Ứng dụng điện trở nhiệt NTC .9 1.6 Khảo sát còi buzzer 10 1.6.1 Tổng quan còi buzzer 10 1.6.2 Thơng số kĩ thuật cịi buzzer .11 1.7 Diode xung - diode zenner 11 1.7.1 Tổng quan diode xung 11 1.7.2 Sơ đồ chân thông số kĩ thuật .11 1.8 Điện trở 12 T r a n g | 31 1.8.1 Tổng quan điện trở .12 1.8.2 Cách tính giá trị điện trở .13 1.9 Khảo sát vi mạch LM358 14 1.9.1 Giới thiệu chung vi mạch LM358 14 1.9.2 Sơ đồ chân nguyên lý hoạt động vi mạch LM358 15 1.10 Khảo sát transistor C1815 15 1.10.1 Tổng quan transistor 15 1.10.2 Sơ đồ chân thông số kĩ thuật C1815 16 1.11 .Khảo sát led thu phát hồng ngoại 17 1.11.1 .Giới thiệu led thu phát hồng ngoại 18 1.11.2 Nguyên lý hoạt động led thu phát hồng ngoại 18 CHƯƠNG II THIẾT KẾ MẠCH ỨNG DỤNG 19 2.1 Sơ đồ khối chức khối 19 2.1.1 Sơ đồ khối mạch 19 2.1.2 Chức khối 19 2.2 Tính tốn thiết kế mạch nguyên lý hoạt động chi tiết 19 2.2.1 Sơ đồ nguyên lý nguyên lý hoạt động 19 2.2.2 Thiết kế mạch nguồn 20 2.2.3 Thiết kế mạch cảm biến nhiệt độ 20 2.3 Thiết kế mạch cảm biến báo khói 22 2.3.1 Sơ đồ mạch cảm biến báo khói .22 2.3.2 Nguyên lý hoạt động 22 2.3.3 Tính tốn khói báo khói 23 2.4 Thiết kế khối chuông báo động 24 T r a n g | 31 2.4.1 Sơ đồ thiết kế mạch 24 2.4.2 Nguyên lý hoạt động .24 CHƯƠNG III THI CÔNG VÀ HOÀN THIỆN SẢN PHẨM .25 3.1 Sơ đồ mạch in .25 3.2 Sơ đồ bố trí linh kiện .25 3.3 Gia công, lắp ráp sản phẩm 26 3.4 Kết sau hoàn thành 26 CHƯƠNG IV KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .27 4.1 Kết luận đề tài .27 4.2 Hướng phát triển đề tài 27 PHẦN I: MỞ ĐẦU 1.Lý chọn đề tài Ngày nay, phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ, sống người có thay đổi ngày tốt hơn, với trang thiết bị đại phục vụ công cơng nghiệp hố, đại hố đất nước Đặc biệt góp phần vào phát triển ngành kĩ thuật điện tử góp phần khơng nhỏ nghiệp xây dựng phát triển đất nước Những thiết bị điện, điện tử phát triển mạnh mẽ ứng dụng rộng rãi đời sống sản suất Từ thời gian đầu phát triển Kĩ Thuật Số cho thấy ưu việt ngày tính ưu việt ngày khẳng định thêm Những thành tựu biến tưởng chừng khơng thể thành có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất tinh thần cho người Để góp phần làm sáng tỏ hiệu ứng dụng thực tế môn Kĩ Thuật Số Điện Tử Cơ Bản, thân em sau thời gian học tập thầy cô giáo khoa giảng dạy kiến thức chuyên nghành, đồng thời giúp đỡ nhiệt tình Thầy Nguyễn Thanh Bình, với nỗ lực thân, em lựa chọn đề tài “ Thiết kế mạch báo cháy “ thực vi mạch LM358 kết hợp số led hiển thị, transistor điện trở tụ điện để tạo sản phẩm hoàn chỉnh thời gian, kiến thức kinh nghiệm thân cịn có hạn nên khơng thể tránh khỏi sai sót Em mong giúp đỡ tham khảo ý kiến Thầy nhằm đóng góp phát triển thêm đề tài T r a n g | 31 2.Mục tiêu đề tài Xã hội phát triển nhu cầu sử dụng thiết bị điện cách tự động người ngày cao Hiện có phương pháp đo nhiệt độ cần thiết báo cháy, cảnh báo nhiệt, đo nhiệt độ, độ ẩm phục vụ cho công nghiệp, nhiên có ưu điểm nhược điểm Từ thời xa xưa, việc cháy nổ nhiệt độ bất thường thời tiết, môi trường người gây khó để phát xử lí kịp thời Khắc phục nhược điểm đó, hệ thống cảnh báo nhiệt độ đời giúp ích nhiều cho đời sống, hệ thống báo cháy Với tầm quan trọng việc phát cháy để xử lý kịp thời hệ thống cần phải đặt số yêu cầu sau : - Hoạt động bảo đảm cách xác, liên tục thời gian dài Tự động kêu chuông báo phát cháy, nhiệt độ vượt mức cho phép - Bảo đảm làm việc ổn định, lâu dài - Thuận tiện cho người sử dụng - Chi phí nhỏ, tiết kiệm lượng 3.Giới hạn đề tài Đề tài thực với quy mô nhỏ mang tính mơ hình chưa thể ứng dụng vào cơng nghiệp điều kiện kinh tế hạn hẹp Ngồi ra, việc thi cơng mạch điện thực hồn tồn tay nên chưa mang lại tính thẩm mỹ cao Mạch dùng IC số nên phức tạp thực tay nên chưa có độ cao hiệu làm việc không cao, không áp dụng phạm vi rộng T r a n g | 31 PHẦN II NỘI DUNG CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Khái niệm đo nhiệt độ Nhiệt độ đại lượng vật lí đặc trưng cho cường độ chuyển động nguyên tử, phân tử hệ vật chất Tùy theo trạng thái mà chuyển động khác Ở trạng thái rắn, truyền nhiệt xảy chủ yếu dẫn nhiệt xạ nhiệt Đối với chất lỏng khí, ngồi dẫn nhiệt xạ nhiệt cịn có truyền nhiệt đối lưu 1.2 Thang đo nhiệt độ Có nhiều đơn vị đo nhiệt độ, chúng định nghĩa theo vùng, miền qua thời kì phát triển khoa học kĩ thuật xã hội Hiện có thang đo nhiệt độ là: - Nhiệt độ quốc tế Kelvin, ký hiệu K - Nhiệt độ quốc tế Celsius, ký hiệu °C - Nhiệt độ quốc tế FarhrenHeit, ký hiệu °F Đây ba thang đo nhiệt độ phổ biến Trong thang đo K quy định meter bảy đơn vị đo hệ SI 1.3 Các phương pháp đo nhiệt độ 1.3.1 Phương pháp đo tiếp xúc: Phương pháp đo nhiệt độ công nghiệp thường sử dụng nhiệt xúc Có hai loại nhiệt xúc, gồm: - Nhiệt kế nhiệt điện trở - Nhiệt kế nhiệt ngẫu Ngoài ứng dụng đơn giản, dải nhiệt độ cỡ -550C ÷ 2000C người ta thường ứng dụng IC bán dẫn ứng dụng tính chất nhạy cảm nhiệt diode, transistor để đo nhiệt độ Cấu tạo nhiệt kế nhiệt điện trở cặp nhiệt ngẫu cách lắp ghép chúng phải đảm bảo tính chất trao đổi nhiệt tốt chuyển đổi với môi trường đo: T r a n g | 31 - Đối với mơi trường khí nước: Chuyển đổi đặt theo hướng ngược lại với dòng chảy - Với vật rắn khí: Đặt nhiệt kế sát vào vật, nhiệt lượng truyền từ vật sang chuyển đổi dễ gây tổn hao vật, với vật dẫn nhiệt Do diện tích tiếp xúc vật đo nhiệt kế lớn tốt - Khi đo nhiệt độ chất dạng hạt (cát, đất ): cần phải cắm sâu nhiệt kế vào môi trường cần đo thường dùng nhiệt điện trở có cáp nối Các linh kiện điện tử bán dẫn nhạy cảm với nhiệt độ, sử dụng số linh kiện bán dẫn diode transistor nối theo kiểu diode, điện áp hai cực U hàm nhiệt độ Hình Sơ đồ nguyên lý IC bán dẫn Một số loại vi mạch đo nhiệt độ: Loại IC AD592CN LM35 MMB-TS102 Độ nhạy 1μA/°KA/°K Dải đo Sai số -25°C ÷ 0,3°C ±10mV/°K 105°C -550°C ÷ ±0,25°C -2,25mV/°K 150°C -40°C ÷ ±2°C 150°C REF-02A 2,1mV/°K -55C ÷ 125°C 1.3.2 Phương pháp đo không tiếp xúc ±0,5°C Đây phương pháp dựa định luật xạ vật đen tuyệt đối, tức vật hấp thụ lượng theo hướng với khả lớn Bức xạ nhiệt vật thể đặc trưng mật độ phổ với đơn vị diện tích vật xảy đơn vị độ dài sóng T r a n g | 31 1.4 Khảo sát biến trở 1.4.1 Tổng quan biến trở Biến trở thiết bị có điện trở thay đổi theo ý muốn Chúng sử dụng mạch điện để điều chỉnh hoạt động mạch điện Điện trở thiết bị thay đổi cách thay đổi chiều dài dây dẫn điện thiết bị, tác động khác nhiệt độ thay đổi, ánh sáng xạ điện từ, 1.4.2 Hình Ký hiệu biến trở hình ảnh thực tế Cấu tạo biến trở Nhìn từ bên ngồi, dễ dàng nhận thấy biến trở có cấu tạo gồm phận chính: o Cuộn dây làm hợp kim có điện trở suất lớn o Con chạy/chân chạy Cho khả chạy dọc cuộn dây để làm thay đổi giá trị trở kháng o Chân ngõ gồm có chân (3 cực) Trong số ba cực này, có hai cực cố định đầu điện trở Các cực làm kim loại Cực lại cực di chuyển thường gọi cần gạt Vị trí cần gạt dải điện trở định giá trị biến trở 1.4.3 Nguyên lý hoạt động biến trở Biến trở dùng để làm thay đổi giá trị điện trở, nguyên lý hoạt động chủ yếu biến trở dây dẫn tách rời dài ngắn khác Trên thiết bị có vi mạch điều khiển hay núm vặn Khi thực điều khiển núm vặn mạch kín thay đổi chiều dài dây dẫn khiến điện trở mạch thay đổi Thực tế việc thiết kế mạch điện tử ln có khoảng sai số, nên thực điều chỉnh mạch điện người ta phải dùng biến trở, lúc biến trở có vai trị phân áp, phân dịng mạch T r a n g | 31 Ví dụ: Biến trở sử dụng máy tăng âm để thay đổi âm lượng chiếu sáng biến trở dùng để thay đổi độ sáng đèn 1.5 Khảo sát điện trở nhiệt NTC 10k 1.5.1 Tổng quan điện trở nhiệt NTC NTC điện trở nhiệt giống cảm biến đo nhiệt độ hoạt động hiệu khoảng nhiệt độ định Điện trở nhiệt NTC giảm nhiệt độ tăng, đó, dùng để thể thay đổi trở kháng tác dụng nhiệt Đây điều khác biệt rõ nét điện trở nhiệt NTC với loại điện trở thơng thường khác - Điện trở kháng đại lượng biểu thị cho cản trở dòng điện chạy mạch thiết bị tính tỉ số hiệu điện hai đầu mạch (hoặc thiết bị) với cường độ dòng điện qua mạch - Nhiệt điện trở NTC điện trở có hệ số nhiệt độ âm phạm vi nhiệt độ hoạt động NTC dao động khoảng từ −55 ° C đến 200 ° C Nhiệt điện trở NTC thường cấu tạo từ hỗn hợp bột oxit kim loại mangan, niken, cobalt… với tỉ lệ trộn khối lượng định Hỗn hợp sau nén chặt nung nhiệt độ cao khoảng thời gian xác định Tùy vào mục đích sử dụng cấu tạo mạch mà kích thước hình dạng điện trở nhiệt NTC khác Ưu, nhược điểm điện trở nhiệt NTC Ưu điểm - Kích thước nhỏ gọn, có độ bền cao dễ chế tạo Chỉ từ loại oxit kim loại bình thường, sau trải qua trình trộn, nung, nén, người ta tạo điện trở nhiệt NTC bền, - Độ nhạy nhiệt độ điện trở nhiệt gấp khoảng năm lần so với cảm biến nhiệt độ silicon khoảng mười lần so với nhiệt điện trở RTD Nhược điểm - Dãy tuyến tính NTC hẹp - Phạm vi khoảng nhiệt độ hẹp, dao động từ 50 – 150D T r a n g | 31 Hình 3.Điện trở nhiệt NTC 10d 11 Các thông số kĩ thuật điện trở nhiệt NTC Giá trị NTC : 10k ( trở kháng thay đổi theo nhiệt độ ) Giá trị trở kháng : 10k 25 độ C Sai số : 1% Hoạt động mơi trường có nhiệt độ : -20 độ C tới 105 1.5.2 độ C Chiều dài dây kết nối : 110mm Chiều dài đầu kim loại : 26mm Đường kính đầu cảm biến : 5mm 1.5.3 Ứng dụng điện trở nhiệt NTC - Mục đích điện trở nhiệt NTC để ngắt bảo vệ nhiệt dùng phổ biến bảng mạch điện tử Các bảng mạch cảm biến tủ lạnh, nồi cơm, cảm biến nhiệt điều hòa nhiệt độ, lị vi sóng, lị nướng, bếp cảm ứng, lị điện, ấm đun điện, bể khử trùng, … - Dùng để đo lường bù nhiệt thiết bị tự hoạt động văn phòng máy in, máy photocopy,… - Kiểm tra, đo lường nhiệt độ ứng dụng nghành dự báo thời tiết, chế biến thực phẩm hay y tế, dược phẩm,.… - Bảo vệ sạc pin nhiệt độ pin - Bù nhiệt vòng lặp cặp nhiệt điện thiết bị, mạch tích hợp - Giúp bảo vệ trình phát nhiệt cấp nguồn điện Cách kiểm tra điện trở nhiệt NTC T r a n g 10 | 31 1.10.1 Tổng quan transistor Trong điện tử, transistor (transfer-resistor) linh kiện bán dẫn Khi hoạt động mạch điện, transistor có vai trò van cách li hay điều chỉnh dòng điện, điện áp mạch Transistor gồm lớp bán dẫn loại P loại N ghép lại với Do có loại transistor NPN PNP Hình 11 loại transistor NPN PNP Transistor C1815 linh kiện điện tử sử dụng cho ứng dụng chung ứng dụng riêng khuếch đại tần số âm Phần lớn transistor mã hóa để dễ nhận biết thơng tin khác tùy theo nhà sản xuất Một hai chữ thường theo sau dãy số, sau nhiều số Do đó, transistor C1815 gọi transistor 2SC1815 Chữ C tên có ý nghĩa loại sử dụng cho ứng dụng chung Hình 12 Hình ảnh thực tế transistor C1815 1.10.2 Sơ đồ chân thông số kĩ thuật C1815 1.10.2.1 Sơ đồ chân C1815 Transistor C1815 có kiểu chân T092 Đây kiểu chân cắm T r a n g 17 | 31 Hình 13 Sơ đồ chân C1815 Transistor C1815 có chân tương ứng với 1, 2, 3: Chân số : Cực phát Chân số : Cực thu Chân số : Cực gốc 1.10.2.2 Thơng số kĩ thuật C1815 o Loại gói: TO-92 o Loại bóng bán dẫn: NPN o Bộ IC dịng điện tối đa (I C ): 150mA o Điện áp cực đại Collector-Emitter (V CE ): 50V o Điện áp cực đại Collector-Base (V CB ): 60V o Điện áp cực đại cực phát (VEBO): 5V o Max Collector Dissestion (Pc): 400 miliWatt o Tần số chuyển đổi tối đa (fT): 80 MHz o Mức tăng dòng DC tối thiểu tối đa (h FE ): 70 – 700 o Lưu trữ tối đa nhiệt độ hoạt động phải là: -55 đến +150 C 1.10.2.3 Nguyên lý hoạt động C1815 Cực âm transistor C1815 nối với cực âm mạch điều khiển dòng điện chạy từ phần dương Cực âm lại transistor điều khiển electron rời khỏi phần dương Cấu hình NPN PNP xác định loại vật liệu bán dẫn sử dụng để sản xuất Ba cực transistor bao gồm: - Cực phát: Có vai trị đầu cho nguồn - Cực gốc: Hoạt động cổng điều khiển cho đầu vào điện lớn cực thu - Cực thu: Có vai trị thu thập lượng T r a n g 18 | 31 1.11 Khảo sát led thu phát hồng ngoại 1.11.1 Giới thiệu led thu phát hồng ngoại LED thu phát hồng ngoại chất giống diode phát quang thơng thường Tuy nhiên chúng có khác biệt bước sóng phát khơng nằm vùng ánh sáng nhìn thấy Chính lý mà mắt thường khó quan sát LED phát hồng ngoại phát ánh sáng Dựa vào tính chất nằm ngồi dải ánh sáng nhìn thấy nên chúng bị nhiễu ánh sáng thơng thường Điều đặc biệt chúng không phát ánh sáng nên ứng dụng nhiều máy móc cần hoạt động vào ban đêm Hình 14 Led thu phát hồng ngoại 1.11.2 Nguyên lý hoạt động led thu phát hồng ngoại Giống tất loại đèn led nay, nguyên lý led thu phát hồng ngoại sử dụng diode nhiều chất bán dẫn đơn giản Diode ln có thiết kế cho dịng điện chạy theo hướng Khi dòng điện chạy, electron rơi từ phần diode vào lỗ phần khác Để rơi vào lỗ này, electron phải làm lượng dạng photon tạo ánh sáng Bước sóng màu sắc ánh sáng tạo phụ thuộc vào vật liệu sử dụng diode Đèn LED phát hồng ngoại sử dụng vật liệu tạo ánh sáng phần hồng ngoại quang phổ, tức là, mắt người nhìn thấy T r a n g 19 | 31 Đèn LED hồng ngoại khác tạo ánh sáng hồng ngoại bước sóng khác nhau, giống đèn LED khác tạo ánh sáng có màu sắc khác T r a n g 20 | 31