Đề tài : Thiết kế, chế tạo, lắp ráp mạch bơm nước tự động dùng IC số

Đề tài: Thiết kế, chế tạo, lắp ráp mạch bơm nước tự động dùng IC số" MỤC LỤC MỤC LỤC 1 LỜI NÓI ĐẦU 6 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 7 KẾ HOẠCH TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN TỪNG TUẦN 7 PHẦN MỘT : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9 1.1. Điện trở 10 1.1.1Khái niệm 10 1.1.2 Phân loại 10 1.1.3. Đặc điểm của điện trở 10 1.1.4. Cấu tạo cơ bản và quy ước giá trị 11 1.2 tụ điện 13 1.2.1 Khái niệm 13 1.2.2 Phân loại tụ điện 13 1.2.3 Đặc điểm tụ điện 13 1.2.4.Cấu tạo và kí hiệu quy ước giá trị 14 1.2.5 Quy tắc xác định giá trị : 14 1.3 . Máy biến áp nguồn 16 1.4. Diode 19 1.4.1 Diode chỉnh lưu,cấu tạo và nguyên tắc làm việc 19 1.4.2:Các mạch ứng dụng cơ bản của diode 21 1.4.3.Diode phát quang (Led) 22 1.5.IC nguồn ổn áp 25 1.5.1.Kí hiệu 25 1.6– Giới thiệu về Transistor 26 1.6.1 Kí hiệu và cấu tạo của transistor. 27 1.6.2. Phân cực cho transistor. 29 1.6.3. Nguyên lí làm việc 29 1.6.5– Các thông số kỹ thuật của Transistor 31 1.6.6. Ứng dụng của transistor 31 1.7 Rơ-le và các loại Rơ-le 32 1.7.1 khái niệm 32 1.7.2 Các bộ hận......................................................................................................36 1.7.3 Phân loại ...........................................................................................................32 1.7.4 thông số kĩ thuat của rơle 33 1.8. Các cổng logic cơ bản. 33 1.8.1. Giới thiệu chung về các cổng logic cơ bản 33 1.8.2. Các cổng Logic. 35 1.9.Bảng thông số kỹ thuật của một số loại ic số. 40 1.10 động cơ bơm nước 42 PHẦN HAI : THIẾT KẾ MẠCH VÀ THỰC NGHIỆM 44 2.1Thiết kế theo sơ đồ khối 44 2.2 thiết kế mạch nguyên lý 45 2.2.1Thiêt kế khối nguồn 45 2.2.2 Thiêt kế khối cảm biến 46 2.2.3 Thiết kế mạch logic 46 2.2.4Thiêt kế khối chấp hành 53 2.3 Sơ đồ toàn mạch 55 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 56 PHẦN BA :KẾT LUẬN 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Hình 1.1.8: Bảng quy ước giá trị điện trở chẩn quốc tế 11 Hình 1.1.9 : Phương pháp xác định điện trở dựa trên các quy ước 11 Hình 1.2.4: Kí hiệu của các loại tụ hóa 14 Hinh1.3.5hình ảnh thực tế của máy biến áp nguồn 17 Hình 1.3.6:Sơ đồ nguyên lý của máy biến áp 18 Hình1.4.1.1 Đặc tuyến Vol-Ampe của diode 20 Hình 1.4.1: Một số loại diode phát quang thường gặp 22 Hình 1.4.2: Cấu tạo bên trong của diode phát quang 23 Hình 1.4.3. led phát và thu hồng ngoại 24 Hình 1.5.1 .1:IC ổn áp 7812 25 Hình 1.5.1.2Kí hiệu IC 78XX 25 Hinh 1.6.0: hình dạng transistor thực tế 26 Hình 1.6.1: Kí hiệu của transistor 27 Hình 1.6.2: Cấu tạo của transistor 28 Hình 1.6.3: Nguyên lý làm việc của transistor 29 Hình 1.7.0 hình ảnh role thực tế 30 Hình 1.8.1.1: Dạng tín hiệu logic dương 32 Hình 1.8.1.2: Dạng tín hiệu logic âm 33 Hình 1.8.1.3: Mã hóa xung 33 Hình 1.8.2.1: Kí hiệu và bảng trạng thái cổng AND 34 Hình 1.8.2.2: IC 4073 và IC 74LS08 34 Hình 1.8.2.3: Kí hiệu và bảng trạng thái cổng NOT 34 Hình 1.8.2.4: IC 7414 35 Hình 1.8.2.5: Kí hiệu và bảng trạng thái cổng NAND 35 Hình 1.8.2.6: IC 4011 và IC 74HC20 35 Hình 1.8.2.7: Kí hiệu và bảng trạng thái cổng OR 36 Hình 1.8.2.8: IC 74HC32 36 Hình 1.8.2.9: Kí hiệu và bảng trạng thái cổng NOR 36 Hình 1.8.2.10: IC 7402 37 Hình 1.8.2.11: Kí hiệu và bảng trạng thái cổng EX-OR 37 Hình 1.8.2.12: 74HC86 38 Hình 1.9.Bảng thông số kỹ thuật của một số loại ic số. 39 Hinh 1.10.1: Mô hình cấu tạo máy bơm nước 39 Hình 1.10.2: dạng stato 40 Hình 1.10.3: hình ảnh lõi thép 40 Hình1.10.4: ảnh roto lồng sóc 41 Hình2.1.1: sơ đồ khối toàn mạch 41 Hình2.2.1: sơ đồ khối nguồn 42 Hình 2.2.2 sơ đồ nguyên lý mạch thu phát hồng ngoại 44 Hinh 2.2.3.1các trạng thái xảy ra 46 Hình 2.2.3 .2cơ đồ mạch tạo mức cho các bể 47 hình 2.2.3.4 sơ đồ nguyên lý mạch logic của bể B 49 Hình 2.2.3.5 sơ đồ nguyên lý mạch logic bể chứa C 50 Hình 2.2.3.6 mạch logic chuyển từ chế độ tự động sang bằng tay 50 Hình 2.2.4 sơ đồ khối chấp hành 51 LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây theo sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đang phát triển mạnh mẽ. Trước tình hình đó đã có khá nhiều yêu cầu cấp bách và cũng là những thách thức được đặt ra cho giới trí thức. Để tiếp tục dẫn dắt sự phát triển của đất nước ngày càng giàu mạnh, thì phải đầu tư cho giáo dục, đào tạo thế hệ trẻ có đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo, thì phải đưa các phương tiện dạy học hiện đại vào trong giảng đường, trường học có như vậy thì trình độ con người ngày càng cao đáp ứng được yêu cầu của xã hội. Để làm quen với công việc thiết kế, chế tạo và tìm hiểu các về các loại linh kiện điện tử, chúng em đã được các thầy cô trong khoa Điện - Điện tử giao cho đồ án môn học “Nghiên cứu, thiết kế , lắp ráp máy bơm nước tự động dùng ic số ” nhằm củng cố về kiến thức trong quá trình thực tế .Sau khi nhận được đề tài, với sự hướng dẫn của thầy Đỗ Công Thắngvới sự nỗ lực của bản thân, sự tìm tòi nghiên cứu tài liệu đến nay đồ án của chúng em về mặt cơ bản đã hoàn thành. Trong quá trình thực hiện dù đã có gắng nhưng do thời gian cũng như trình độ vẫn còn hạn chế nên không thể tránh khỏi sai sót. Vậy em kính mong sự chỉ bảo giúp đỡ và đóng góp ý kiến của các thầy để đồ án của em được hoàn thiện hơn . Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Mắn Vũ Quốc Tự PhạmThị Thủy GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày nay ngành kỹ thuật điện tử có vai trò rất quan trọng trong cuộc sống của con người. Các hệ thống điện tử ngày nay rất đa dạng và đang thay thế các công việc hàng ngày của con người từ những công việc từ đơn giản đến phức tạp như điều khiển tín hiệu đèn giao thông, đo tốc độ động cơ hay các đồng hồ số. Các hệ thống này có thể thiết kế theo hệ thống tương tự hoặc hệ thống số. Tuy nhiên trong các hệ thống điện tử thông minh hiện nay người ta thường sử dụng hệ thống số hơn là các hệ thống tương tự bởi một số các ưu điểm vượt trội mà hệ thống số mang lại đó là: độ tin cậy cao, giá thành thấp, dễ dàng thiết kế, lắp đặt và vận hành…Chính vì thấy được những ưu điển của hệ thống mạch số nên trong thực tế mạch số đã được lắp ráp và sử dụng rất nhiều thấy được tầm quan trong đó của mạch số công với kiến thức về môn điện tử cơ bản và đặc biệt sau một thời gian học tập và tìm hiểu các tài liệu về kỹ thuật số, cũng như tham khảo ở ngoài thực tế củng như trên internet chúng em đã chọn đề tài: ” Thiết kế,chế tạo,lắp ráp mạch bơm nước tự động dùng IC số’’ Về đề tài: ” Thiết kế mạch bơm nước tự động dùng IC số’’ Không chỉ có ý nghĩa về mặt lý thuyết gúp sinh viên có thể vận dụng linh hoat giữa lý thuyết và thực tế .mà nó còn giúp sinh viên có thể làm quyen vói việc nghiên cứu khoa học ngay từ lúc còn ngồi trên ghế nhà trường,và nó cũng là cơ sở để nghiên cứu các đề tài lớn hơn . không chỉ vậy đề tài này còn được ứng dụng rất rông dãi trong cuộc sống đó chính là lý do mà chúng em chọn đề tài này. KẾ HOẠCH TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN TỪNG TUẦN STT Tuần Công việc thực hiện Người thực hiện 11 Tuần 1 - Sắp xếp công việc cho từng tuần (phân chia công việc cho từng thành viên). Cả nhóm Tìm hiểu đề tài. - Tìm kiếm tài liệu liên quan: Linh kiện điện tử, điện tử căn bản, điện tử công suất… Cả nhóm - Tìm hiểu nguyên lý các mạch có liên quan đến đề tài. Chẳng hạn như các mạch thu phát hồng ngoại, mạch động lực điều khiển động cơ và các linh kiện liên quan đến mạch. Mắn - Tham khảo ý kiến của những người có chuyên môn. Tự 22 Tuần 2+3 - Sau khi đã tìm hiểu đề tài sẽ đưa ra cơ sở lý thuyết chung của đề tài. - Từ đó xây dựng được sơ đồ khối. - Đưa ra nguyên tắc hoạt động của các khối và các linh kiện sẽ sử dụng để thiết kế mạch phù hợp với yêu cầu từng khối. Cả nhóm 23 Tuần 4+5 - Thiết kế sơ đồ nguyên lý toàn mạch. - Tính toán thông số rồi tiến hành chạy mô phỏng. Thủy 4 Tuần 6 - Ráp mạch và khảo sát trên bo mạch (nếu gặp lỗi chỉnh sửa lại). Tự - Đo đạc kiểm tra xem trên board chạy có đạt yêu cầu hay không? Cả nhóm - Tiến hành làm sản phẩm (câu dây). Thủy - Lắp ráp hoàn tất sản phẩm. Thủy 5 Tuần 7 - Chuẩn hóa nội dung, làm cuốn thuyết minh. Mắn - Chuẩn bị các dụng cụ để bảo vệ đề tài (tìm chiếu, bản vẽ). Cả nhóm - Hoàn tất sản phẩm, kiểm tra lại toàn bộ nội dung. Cả nhóm PHẦN MỘT : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Điện trở 1.1.1Khái niệm Điện trở là linh kiện thụ động không thể thiếu trong các mạch điện và điện tử, chúng có tác dụng cản trở dòng điện, tạo sự sụt áp để thực hiện chức năng tuỳ theo vị trí của điện trở trong mạch.Ta có thể hiểu một cách đơn giản điện trở là một sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện,nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ,dẫn điện kém thì điện trở lớn và cách điện thì điện trở bằng vô cùng. Ký hiệu: R Biểu thức xác định: (1.1.1) Đơn vị tính:Ω(Ohm) 1.1.2 Phân loại Các điện trở được chia làm hai loại chính là điện trở cố định và điện trở biến đổi Có 3 loại điện trở thường được chế tạo và sử dụng: Điện trở màng than (Carbon-Film) Điện trở màng kim loại (Metal-Film) Điện trở dây quấn. 1.1.3. Đặc điểm của điện trở - Đặc tính cần thiết của điện trở là khả năng chịu tải và hệ số nhiệt độ. - Điện trở làm việc phụ thuộc vào nhiệt độ của nó, do đó trị số thay đổi khi có dòng chảy qua do có hiện tượng biến đổi năng lượng điện thành năng lượng nhiệt trên thân điện trở. - Giá trị điện trở còn thay đổi theo thời gian hay trong những điều kiện đặc biệt theo tần số tín hiệu xoay chiều tác động lên nó. - Giá trị giới hạn :Công suất cực đại cho phép (Pmax ) Điện áp làm việc cực đại cho phép (Umax ) Nhiệt độ cực đại cho phép. - Khi có hai hay nhiều điện trở R1, R2,...., Rn mắc nối tiếp nhau thì giá trị điện trở tổng cộng bằng tổng các điện trở riêng rẽ: R=++...+ (1.1.2) I===...= (1.1.3) U=++...+ (1.1.4) Khi mắc hai hay nhiều điện trở R1,R2,...., Rn song song thì điện trở tương đương của chúng được tính bởi: (1.1.5) U=++...+ (1.1.6) I===...= (1.1.7) 1.1.4. Cấu tạo cơ bản và quy ước giá trị Cấu tạo cơ bản của điện trở: Điện trở màng than: Than được ép thành một lớp rất mỏng bên ngoài thân gốm hình trụ hoặc bản phẳng. Điện trở màng kim loại: Một lớp vỏ mỏng kim loại được bay hơi và kết tụ trên thân gốm như vật liệu có điện trở. Điện trở dây quấn: Dây kim loại hoặc hợp kim được uốn quanh một ống sứ và nối vào mũ bịt đầu ống sứ,chân nối cũng được hàn vào mũ bịt đầu này. Quy ước giá trị điện trở Hình 1.1.8: Bảng quy ước giá trị điện trở chẩn quốc tế Hình 1.1.9 : Phương pháp xác định điện trở dựa trên các quy ước 1.2 tụ điện 1.2.1 Khái niệm Tụ điện là một loại linh kiện điện tử thụ động dùng để làm phần tử tích trữ và giải phóng năng lượng trong mạch điện.Thông thường đối với dòng điện một chiều thì tụ điện có trở kháng rất lớn còn với dòng xoay chiều thì trở kháng tụ điện thay đổi tùy theo tần số dòng điện. Kí hiệu là C Biểu thức xác định: Zc = = (1.2.1) Đơn vị tính: Fara (F). 1.2.2 Phân loại tụ điện Có rất nhiều phương pháp phân loại,nếu phân loại theo tính chất thì có hai loại : Tụ không phân cực :Gồm các lá kim loại ghép xen kẽ với lớp cách điện mỏng. Tụ phân cực :Có cấu tạo gồm 2 điện cực cách ly nhau nhờ một lớp chất điện phân mỏng làm điện môi. Nếu phân loại theo cấu tạo thì sẽ có 7 loại chính : Tụ gốm :Điện môi bằng gốm có kích thước nhỏ Tụ mi ca :Điện môi bằng mi ca tráng bạc Tụ Polycacbonat : Có dạng tấm chữ nhật,kích thước nhỏ gọn,điện dung lớn. Tụ giấy polyste : Chất điện môi làm bằng giấy ép tẩm polyste có dạng hình trụ. Tụ hóa :Có cấu tạo là lá nhôm cùng bột dung dịch điện phân cuộn lại đặt trong vỏ nhôm,điện áp làm việc thấp,kích thước và sai số lớn. Tụ tan tan : Dạng hình trụ có đầu ra dọc theo trục và dạng hình viên tan tan Tụ biến đổi : Chính là tụ xoay trong radio hoặc tụ tinh chỉnh. 1.2.3 Đặc điểm tụ điện Dùng để tích điện, và xả điện, chỉ cho tín hiệu xoay chiều đi qua, ngăn dòng một chiều. Khả năng nạp, xả điện nhiều hay ít phụ thuộc vào điện dung C của tụ. Đơn vị đo điện dung của tụ ở mạch: pF(picro Fara),nF(nano Fara),uF (micro Fara). Khi sử dụng tụ phải quan tâm đến hai thông số : Điện dung: Cho biết khả năng chứa điên của tụ. Điện áp: cho biết khả năng chịu đựng của tụ. Ghép nối tiếp: Các tụ C1, C2,..., Cn ghép nối tiếp thì điện dung tương đương C của bộ tụ có giá trị xác định bởi : (1.2.2) Ghép tụ song song: Các tụ C1, C2, ..., Cn ghép song song thì điện dung tương đương C của bộ tụ được xác định bởi: (1.2.3) Ghép tụ hóa nối tiếp thì dương tụ này vào âm tụ kia, song song thì nối cùng cực. 1.2.4. Cấu tạo và kí hiệu quy ước giá trị Tụ không phân cực : Gồm các lá kim loại xen kẽ với các lá làm bằng chất cách điện gọi là chất điện môi.Tên của tụ được đặt theo tên chất điện môi như tụ gốm,tụ mica…Giá trị của tụ có điện dung từ 1,8pF-1mF. Tụ điện phân : Tụ điện phân có cấu tạo gồm 2 điện cực tách rời nhau nhờ một màng mỏng chất điện phân,khi có một đện áp tác động lên hai điện cực sẽ xuất hiện một màng oxit kim loại không dẫn điện đóng vai trò như lớp điện môi. Lớp điện môi càng mỏng kích thước của tụ càng nhỏ mà điện dung lại lớn. 1.2.5 Quy tắc xác định giá trị : H.5 H.6 H.7 C = 100 F U = 50V C = 10F U = 16V C = 1000 F U = 25V Hình 1.2.4: Kí hiệu của các loại tụ hóa Các loại tụ có dùng mã Mã số thường được dùng cho các loại tụ có giá trị nhỏ trong đó các giá trị được định nghĩa lần lượt như sau: - Giá trị thứ 1 là số hàng chục - Giá trị thứ 2 là số hàng đơn vị - Giá trị thứ 3 là số số không nối tiếp theo giá trị của số đã tạo từ giá trị 1 và 2.Giá trị của tụ được đọc theo chuẩn là giá trị picro Fara (pF) - Chữ số đi kèm sau cùng đó là chỉ giá trị sai số của tụ. Ví dụ: tụ ghi giá trị 102 thì có nghĩa là 10 và thêm 2 số 0 đằng sau =1000pF = 1nF chứ không phải 102pF Hoặc ví dụ tụ 272J thì có nghĩa là 2700pF=2,7nF và sai số là 5% Tụ dùng mã màu Sử dụng chủ yếu trên các tụ loại polyester trong rất nhiều năm. Hiện nay các loại tụ này đã không còn bán trên thị trường nữa nhưng chúng vẫn tồn tại trong khá nhiều các mạch điện tử cũ. Màu được định nghĩa cũng tương tự như đối với màu trên điện trở. 3 màu trên cùng lần lượt chỉ giá trị tụ tính theo pF, màu thứ 4 là chỉ dung sai và màu thứ 5 chỉ ra giá trị điện áp. Ví dụ tụ có màu nâu/đen/cam có nghĩa là 10000pF= 10nF= 0.01µF. Chú ý rằng ko có khoảng trống nào giữa các màu nên thực tế khi có 2 màu cạnh nhau giống nhau thì nó tạo ra một mảng màu rộng. Ví dụ Dải đỏ rộng/vàng= 220nF=0.22µF 1.3 Máy biến áp nguồn Hinh1.3.5 Hình ảnh thực tế của máy biến áp nguồn Máy biến áp là một thiết bị điện từ loại tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điệntừ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thốngdòng điện xoay chiều ở điện áp khác với tần số không thay đổi.- Do đó máy biến áp chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng chứkhông biến đổi năng lượng.- Nếu một cuộn dây được đặt vào một nguồn điện áp xoay chiều (gọi là cuộn dâysơ cấp), thì sẽ có một từ thông sinh ra với biên độ phụ thuộc vào điện áp sơ cấp vàsố vòng dây quấn sơ cấp. Từ thông này sẽ móc vòng các cuộn dây quấn khác (dây quấn thứ cấp) và cảmứng trong dây quấn thứ cấp có một sức điện động mới, có giá trị phụ thuộc vào sốvòng dây quấn thứ cấp.- Với tỷ số tương ứng giữa số vòng dây quấn sơ cấp và thứ cấp chúng ta sẽ có tỷ lệtương ứng giữa điện áp sơ cấp và thứ cấp. Cấu tạo máy biến áp: Máy biến áp có các bộ phận chính như sau: Lõi thép,dây quấn và vỏ máy. Lõi thép dùng làm mạch từ để dẫn từ thông,đồng thời làm khung để đặt dây quấn.Thông thường để giảm tổn hao do dòng điện xoáy sinh ra,lõi thép cấu tạo gồm các lá thép kỹ thuật (tole silic) dày 0,35mm ghép lại đối với máy biến áp hoạt động ở tần số vài trăm HZ. Đối với các máy biến áp dùng trong lĩnh vực thông tin tần số cao thường được tạo bởi các lá thép permalloy ghép lại. Nguyên lý hoạt động của máy biến áp: Hoạt động dựa trên ý niệm về cảm ứng điện từ.Để tăng hiệu quả thì mạch từ được cấu tạo bởi vật liệu dẫn từ tốt Sơ đồ nguyên lý: Hình 1.3.6: Sơ đồ nguyên lý của máy biến áp - Dây quấn 1 có N1 vòng dây và dây quấn 2 có N2 vòng dây được quấn trên lõithép 3- Khi đặt một điện áp xoay chiều U1 vào dây quấn 1 (dây quấn sơ cấp), sẽ có dòngđiện i1 chạy trong dây quấn 1- Trong lõi sinh ra từ thôngΦ móc vòng với cả hai dây quấn 1 và 2, cảm ứng racác sức điện động e1 và e2.- Dây quấn 2 (dây quấn thứ cấp) có sức điện động e2, sẽ sinh ra dòng điện i2 đưara tải với điện áp xoay chiều u2.- Như vậy năng lượng của dòng điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn 1sang dây quấn 2.- Nếu N2> N1 thì U2 > U1, I2 I1: máy giảm áp công dụng của máy biến áp - Bộ điều chỉnh điện áp của dây quấn cao áp.- Máy biến áp dùng để tăng điện áp từ máy phát điện lên đường dây tải điện đi xa,và giảm điện áp ở cuối đường dây để cung cấp cho tải.- Ngoài ra, chúng còn được dùng trong các lò nung, hàn điện, đo lường hoặc làmnguồn điện cho các thiết bị điện, điện tử.- Nghiên cứu chế độ hoạt động không tải của máy biến áp là rất cần thiết.- Qua đó, chúng ta có thể xác định được các đại lượng chính của máy biến áp,bằng phương pháp tính toán và phương pháp thực nghiệm như: tỷ số biến áp, dòngđiện không tải và tổn hao không tải.- Hơn nữa, phối hợp giữa đặc tính không tải và đặc tính có tải, chúng ta có thể xácđịnh được hiệu suất của máy biến áp 1.4. Diode 1.4.1 Diode chỉnh lưu, cấu tạo và nguyên tắc làm việc Một trong những ứng dụng quan trọng của tiếp giáp P-N là chế tạo ra diode bán dẫn.Về cấu trúc của diode bán dẫn có cấu tạo từ một tiếp giáp P-N trong đó có hai điện cực.Điện cực Anôt(A) nối với chất BDTC loại P,điện cực Catôt (K) nối với chất BDTC loại N.Trong quá trình làm việc của diode để phân cực thuận điện cực A nối với nguồn điện dương,điện cực K nối với nguồn điện âm.Để phân cực ngược chỉ cần đảo chiều nguồn tác động nối tới hai cực. Để thấy rõ mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp trên diode ta theo dõi đường đặc tuyến Vol-Ampe như sau: Hình1.4.1.1 Đặc tuyến Vol-Ampe của diode Đường đặc tuyến Vol-Ampe của diode chia làm ba vùng rõ rệt: Vùng 1 gọi là vùng phân cực thuận, dòng điện phụ thuộc vào điện áp phân cực thuận UAK.Giá trị dòng rất lớn đó chính là sự chuyển động của các hạt đa số qua chuyển tiếp P-N. Ứng dụng của vùng 1 để làm các diode chỉnh lưu điện áp, dòng điện… Vùng 2 gọi là vùng phân cực ngược.Giá trị của dòng tăng rất nhỏ cho dù tăng 1 lượng khá lớn.Sở dĩ dòng tăng chậm như vậy là do sự chuyển động của các hạt thiểu số qua chuyển tiếp P-N. Ứng dụng vùng 2 để làm mạch chỉnh lưu điện áp, mạch ghim áp… Vùng 3 gọi là vùng đánh thủng tương ứng khi tăng điện áp phân cực ngược cho diode tới một giá trị ngưỡng nào đó () mà ở đó diện tích không gian của tiếp P-N có thể chiếm toàn bộ cả hai vùng bán dẫn P,N. Nếu tăng điện áp phân cực ngược vượt quá giá trị điện áp ngưỡng thì tiếp giáp P-N bị đánh thủng hoàn toàn theo hiệu ứng thác lũ,cấu trúc một tiếp giáp P-N của diode không còn tồn tại. Ứng dụng của vùng 3 để làm các phần tử ổn áp (diode zener). 1.4.2 Các mạch ứng dụng cơ bản của diode a.Mạch chỉnh lưu nửa sóng Một mạch chỉnh lưu nửa sóng chỉ một trong nửa chu kỳ dương hoặc âm có thể dễ dàng đi ngang qua điốt, trong khi nửa kia sẽ bị khóa, tùy thuộc vào chiều lắp đặt của điốt. Vì chỉ có một nửa chu kỳ được chỉnh lưu, nên mạch chỉnh lưu nửa sóng có hiệu suất truyền công suất rất thấp. Mạch hỉnh lưu nửa sóng có thể lắp bằng chỉ một đi ốt bán dẫn trong các mạch nguồn một pha b.Mạch chỉnh lưu cả sóng Mạch chỉnh lưu toàn sóng biến đổi cả hai thành phần cực tính của dạng sóng đầu vào thành một chiều. Do đó nó có hiệu suất cao hơn. Tuy nhiên trong mạch điện không có điểm giữa của biến áp người ta sẽ cần đến 4 điốt thay vì một như trong mạch chỉnh lưu nửa sóng. Điều này có nghĩa là đầu cực của điện áp ra sẽ cần đến 2 điốt để chỉnh lưu, thí dụ như 1 cho trường hợp điểm X dương, và 1 cho trường hợp điểm X âm. Đầu ra còn lại cũng cần chính xác như thế, kết quả là phải cần đến 4 điốt. Các điốt dùng cho kiểu nối này gọi là cầu chỉnh lưu. Bộ chỉnh lưu toàn sóng biến đổi cả 2 nửa chu kỳ thành một điện áp đầu ra có một chiều duy nhất: dương (hoặc âm) vì nó chuyển hướng đi của dòng điện của nửa chu kỳ âm (hoặc dương)của dạng sóng xoay chiều. Nửa còn lại sẽ kết hợp với nửa kia thành một điện áp chỉnh lưu hoàn chỉnh để chỉnh điện áp xoay chiều sang điện áp một chiều.Đối với nguồn xoay chiều một pha, nếu dùng biến áp có điểm giữa, chỉ cần 2 điốt nối đâu lưng với nhau (nghĩa là anode-với-anode hoặc cathode-với-cathode)có thể thành một mạch chỉnh lưu toàn sóng. 1.4.3.Diode phát quang (Led) Hình 1.4.1: Một số loại diode phát quang thường gặp Hình 1.4.2: Cấu tạo bên trong của diode phát quang Terminal pins: Chân Led Transparent plastic case: Vỏ bằng nhựa Khi một diode được phân cực thuận, các điện tử từ bán dẫn loại n sang lấp đầy lỗ trống trong bán dẫn loại p tạo ra dòng điện thuận. Đối với diode bình thường chế tạo từ Ge và Si thì sự tái hợp giữa điện tử và lỗ trống tạo ra năng lượng dưới dạng nhiệt. Diode phát quang (LED) là loại diode dùng các chất bán dẫn đặc biệt như Ga,As. Với các chất này sự tái hợp điện tử và lỗ trống sẽ tạo ra ánh sáng.Cụ thể là khối bán dẫn loại p chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn n (chứa các điện tử tự do) thì các lõ trống này có su hướng chuyển động khuếch tán sang khối n.Cùng lúc đó khối p lại nhận thêm các điện tử(diện tích âm) từ khối n chuyển sang.Kết quả là khối p tích điện âm (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống).Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp,một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau,chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa.Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng hay các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó. Tuỳ theo chất bán dẫn mà LED phát ra ánh sáng có màu khác nhau như vàng, xanh lá, đỏ,.... Điện áp ngưỡng của LED: Vz=1,72,2V. Dòng điện: ID = 5mA20mA. LED dùng trong các mạch chỉ thị, cho biết trạng thái của mạch như báo nguồn, báo mức logic, báo âm lượng… LED ánh sáng hồng ngoại Hình 1.4.3. led phát và thu hồng ngoại Led phát hồng ngoại : vật liệu dung để chế tạo các diode phát hồng ngoại là GaAs . chúng cho phép phổ bức xạ đạt được trong dải từ xung quanh 900nm đến 1040nm .ánh sang phát ra từ LED là ánh sang không nhìn thấy tia hồng ngoại được thu lại và sử lý sang tín hiệu số bằng TSOP138 ,TSOP1738…các mắt nhận tín hiệu hồng ngoại biến đổi năng lương quang thành năng lượng điện cấp tín hiệu cho mạch thu . 1.5. IC nguồn ổn áp Hình 1.5.1 .1:IC ổn áp 7812 1.5.1.Kí hiệu Hình 1.5.1.2Kí hiệu IC 78XX Note: XX là mức điện áp tùy chọn. Cách đơn giản nhất để tạo ra nguồn +5V là dùng IC nguồn 7805. Nhược điểm lớn nhất của họ 78XX là tỏa nhiệt rất nhiều, điện áp thừa sẽ được cắt bỏ chuyển thành nhiệt năng tỏa ra trên IC. Lưu ý rằng điện áp đầu vào cho 7805 chỉ nên cao hơn 2V-3V so với điện áp đầu ra, họ 78XX là họ IC nguồn tạo ra điện áp dương tùy theo loại IC ta chọn.Ví dụ như 7812 sẽ cho ra điện áp +12V. 1.5.2. Các tham số cơ bản 1.6– Giới thiệu về Transistor Hinh 1.6.0: Hình dạng transistor thực tế Kí hiệu và cấu tạo của transistor. Kí hiệu: Cấu tạo: Gồm ba lớp bán dẫn ghép lại với nhau hình thành hai lớp tiếp giáp P-N nằm ngược chiều nhau. Ba vùng bán dẫn nối ra ba chân gọi là ba cực. Cực nối với vùng bán dẫn chung gọi là cực gốc, cực này mỏng và có nồng độ tạp chất thấp, hai cự còn lại nối với vùng bán dẫn ở hai bên là cực phát (E) và cực thu (C), chúng có chung bán dẫn nhưng nồng độ tạp chất là khác nhau nên không thể hoán vị cho nhau. Vùng cực E có nồng độ tạp chất rất cao, vùng C có nồng độ tạp chất lớn hơn vùng B nhưng nhỏ hơn vùng E. Hình 1.6.1: Kí hiệu của transistor Hình 1.6.2: Cấu tạo của transistor 1.6.2. Phân cực cho transistor. Đó là cung cấp điện áp DC thích hợp giữa các chân B, C, E để đảm bảo cho tiếp giáp B-C phân cực nghịch. Với transistor NPN: UBE>0 và UCE>0 Với transistor PNP: UBE<0 và UCE<0 Về giá trị điện áp: Tùy thuộc vào vật liệu cấu tạo nên transistor là Si hay Ge mà giá trị điện áp UBE nằm trong một khoảng nhất định 1.6.3. Nguyên lí làm việc Loại N có đặc điểm là: Miền emitor có nồng độ tạp chất lớn. Miền bazo có nồng độ tạp chất nhỏ nhất miền điện tích không gian của P-N. BJT có miền này chỉ cỡ μm. Miền collector là miền có nồng độ pha tạp trung bình. Tiếp giáp P-N giữa miền E và B gọi là tiếp giáp emito (JB) Tiếp giáp P-N giữa C và E gọi là tiếp giáp colacto (JC) Hình 1.6.3: Nguyên lý làm việc của transistor Ta chỉ xét với cấu trúc N-P-N còn cấu trúc P-N-P thì hoạt động tương tự như hình vẽ ở trên. Khi transistor được phân cực do JB phân cực thuận làm các hạt đa số từ miền E phun qua tiếp giáp JB tạo nên dòng điện emitor IB các điện tử này tới vùng B trở thành hạt thiểu số của vùng bazo và tiếp tục khuêchs tán sâu vào miền bazo hướng tới IC trên miền bazo tạo ra dòng điện bazo IB. Nhưng do cấu tạo của miền B mỏng lên hầu hết số lượng các điện tử từ miền E phun qua JB đều tới được bờ JC và đường trường gia tốc (Do Jc phân cực ngược cuốn qua tới được miền C tạo nên dòng điện collector Ic). +) Các tham số của transistor lưỡng cực: - Dòng điện emitor IE = IB +Ic - Hệ số truyền đạt dòng điện: AN = IC/ IB <1 - Hệ số khuyêchs đại dòng điện: BN= IC/ IB - Do cấu trúc khi chế tạo miền bazo của transistor cho tổn hao ít tức IB nhỏ lên giá trị BN>>I - Ta có mối quan hệ giữa A và B như sau: AN = BN/I + BN BN = AN/ I- A=N I – AN = I/ I +BN 1.6.5– Các thông số kỹ thuật của Transistor Dòng điện cực đại : Là dòng điện giới hạn của transistor, vượt qua dòng giới hạn này Transistor sẽ bị hỏng. Điện áp cực đại : Là điện áp  giới hạn của transistor đặt vào cực CE , vượt qua điện áp giới hạn này Transistor sẽ bị đánh thủng. Tấn số cắt : Là tần số giới hạn mà Transistor làm việc bình thường, vượt quá tần số này thì độ khuyếch đại của Transistor bị giảm . Hệ số khuyếch đại : Là tỷ lệ biến đổi của dòng ICE lớn gấp bao nhiêu lần dòng IBE Công xuất cực đại: Khi hoat động Transistor tiêu tán một công xuất P = UCE . ICE nếu công xuất này vượt quá công xuất cực đại của Transistor thì Transistor sẽ bị hỏng 1.6.6. Ứng dụng của transistor Dùng để làm các phần tử khuếch đại trong các mạch khuyếch đại công suất. Dùng để làm phần tử điều chỉnh trong các mạch ổn định điện áp. Đóng vai trò phần tử chuyển mạch làm việc như một khóa điện tử.tạo sóng trong các mạch dao động. 1.7 Rơ-le và các loại Rơ-le Hình 1.7.0 hình ảnh role thực tế 1.7.1 khái niệm Rơle là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định. Rơle là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện động lực. 1.7.2 Các bộ phận (các khối) chính của rơle+ Cơ cấu tiếp thu( khối tiếp thu)Có nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho khối trung gian.+ Cơ cấu trung gian( khối trung gian)Làm nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đưa đến từ khối tiếp thu và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cho rơle tác động.+ Cơ cấu chấp hành (khối chấp hành)Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển.Ví dụ các khối trong cơ cấu rơle điện từ hình 1.7.0-Cơ cấu tiếp thu ở đây là cuộn dây.-Cơ cấu trung gian là mạch từ nam châm điện.-Cơ cấu chấp hành là hệ thống tiếp điểm.1.7.3 Phân loại rơleCó nhiều loại rơle với nguyên lí và chức năng làm việc rất khác nhau. Do vậy có nhiều cách để phân loại rơle:a) Phân loại theo nguyên lí làm việc gồm các nhóm Rơle điện cơ (rơle điện từ, rơle từ điện, rơle điện từ phân cực, rơle cảm ứng,..), rơle từ., rơle điện tử -bán dẫn, vi mạch., rơle số.b) Phân theo nguyên lí tác động của cơ cấu chấp hành + Rơle có tiếp điểm: loại này tác động lên mạch bằng cách đóng mở các tiếp điểm.+ Rơle không tiếp điểm (rơle tĩnh): loại này tác động bằng cách thay đổi đột ngột các tham số của cơ cấu chấp hành mắc trong mạch điều khiển như: điện cảm, điện dung, điện trở,...c) Phân loại theo đặc tính tham số vào bao gồm các nhóm sau: Rơle dòng điện. rơle điện áp. rơle công suất.rơle tổng trở,... d) Phân loại theo cách mắc cơ cấu+ Rơle sơ cấp: loại này được mắc trực tiếp vào mạch điện cần bảo vệ.+ Rơle thứ cấp: loại này mắc vào mạch thông qua biến áp đo lường hay biến dòng điện.e) Phân theo giá trị và chiều các đại lượng đi vào rơle+Rơle cực đại..Rơle cực tiểu..Rơle cực đại-cực tiểu..Rơle so lệch..Rơle định hướng. 1.7.4 Thông số kĩ thuat của rơle Khi sử dụng role ta cần quan tam đến điện áp đặt vào hai đầu cuộn hút cho phù hợp với diện áp làm việc của role ngoài ra ta còn quan tâm đến điện áp cũng như dòng điện đặt vào các tiếp điểm cho phù hợp để tránh xảy ra các sự cố ngoài mong muốn . 1.8. Các cổng logic cơ bản. 1.8.1. Giới thiệu chung về các cổng logic cơ bản Các cổng logic cơ bản là các phần tử đóng vai trò chủ yếu thực hiện các chức năng logic đơn giản nhất trong các sơ đồ logic (là các sơ đồ thực hiện một hàm logic nào đó). Các cổng logic cơ bản thường có một hoặc nhiều đầu vào và một đầu ra. Từ các cổng logic cơ bản, ta có thể kết hợp lại để tạo ra nhiều mạch logic thực hiện các hàm logic phức tạp hơn. Những dữ liệu ngõ vào, ra chỉ nhận các giá trị logic là Truse (mức 1) và Fail (mức 0). Vì các cổng logic hoạt động với các số nhị phân (0, 1) nên có đôi khi còn được mang tên là các cổng logic nhị phân. Người ta thường dùng tín hiệu điện để biểu diễn dữ liệu vào ra của các cổng logic nói riêng và các mạch logic nói chung. Chúng có thể là tín hiệu xung và tín hiệu thế. * Biểu diễn bằng tín hiệu thế: Dùng hai mức điện thế khác nhau để biểu diễn hai giá trị Truse (mức 1) và Fail (mức 0), có hai phương pháp để biểu diễn hai giá trị này: - Phương pháp logic dương: + Điện thế dương hơn là mức 1. + Điện thế âm hơn là mức 0. Hình 1.8.1.1: Dạng tín hiệu logic dương - Phương pháp logic âm: + Điện thế dương hơn là mức 0. + Điện thế âm hơn là mức 1. Hình 1.8.1.2: Dạng tín hiệu logic âm * Biểu diễn bằng tín hiệu xung: Hai giá trị logic 1 và 0 tương ứng với sự xuất hiện hay không xuất hiện của xung trong dãy tín hiệu theo một chu kỳ T nhất định. Trong các mạch logic sử dụng dữ liệu là tín hiệu xung, các xung thường có độ rộng sườn và biên độ ở trong một mức giới hạn cho phép nào đó tùy từng trường hợp cụ thể. Hình 1.8.1.3: Mã hóa xung 1.8.2. Các cổng Logic. a. Cổng AND. Dùng để thực hiện phép nhân logic. 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 1 0 1 0 1 1 1 1 0 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. Một số IC chứa cổng NOR: 4001, 4025, 74HC02. 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. Một số IC chứa cổng EX-OR: 74HC86, 4070. 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 VIH High Level Input Voltage 2 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 Hình 1.9.Bảng thông số kỹ thuật của một số loại ic số. 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 lý 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 Thiết kế mạch logic tạo mức cho cả ba bể 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 Xét các trạng thái 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 Xét bể chứa C 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 2.2.4Thiêt kế khối chấp hành 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 2.3 Sơ đồ toàn mạch 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 Phạm Thị Thủy 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. 77.com/2009/02/15/co-ban-dien-tro/ 4.Nguyễn Thành long-Nguyễn Ngọc Minh –kỹ thuật đo lường –cảm biến ĐHSPKTHY 5. 6. 7. động ký.html 8. Phạm Ngọc Thắng –Giáo trình kĩ thuật số ĐHSPKT Hưng yên