Đồ Án Môn Học MỤC LỤC TIÊU ĐỀ TRANG  LỜI CẢM ƠN  LỜI MỞ ĐẦU  CHƯƠNG I : TỔNG QUAN  CHƯƠNG II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 I CẢM BIẾN MƯA II UA741 III TRANSISTOR C1815  CHƯƠNG III : THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 14 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI TRONG MẠCH CẢNH BÁO MƯA 14 3.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 15 Khối nguồn Khối so sánh điện áp Khối báo động 3.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 16  CHƯƠNG IV : KẾT LUẬN 18 Mạch hoạt động Ưu Khuyết điểm mạch  TÀI LIỆU THAM KHẢO .18 Đồ Án Môn Học LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, khoa học công nghệ phát triển cách mạnh mẽ, việc ứng dụng thiết bị điện tử vào đời sống ngày trở nên phổ biến hơn, với thời đại mà hệ thống nhúng lên Từ ứng dụng đơn đồng hồ kĩ thuật số , máy chơi nhạc MP3… đến ứng dụng cho xã hội đèn giao thông, kiểm soát nhà máy, cửa tự động … ứng dụng mang tính quy mô, tầm cỡ Robot, phi thuyền không người lái, kiểm soát nhà máy hạt nhận… Với kiến thức học tìm hiểu từ trường học khoa học công nghệ sống đại, em có mong muốn góp thêm phần vào phát triển xã hội cách học hỏi đưa sản phẩm có ích cho sống Em xin giới thiệu sản phẩm thiết thực cho sống chúng ta:”Mạch cảnh báo mưa “ Mạch cảnh báo mưa giúp cho nhận biết trời bắt đầu mưa bận làm việc đó, không để ý đến thời tiết bên Phần trình bày chi tiết Mạch cảnh báo mưa gồm hai phần P hần thứ phần giới thiệu chung, mô tả chuẩn mạch hướng, phương pháp dùng để thiết kế mạch cảnh báo mưa Phần thứ hai phần quan trọng nhất, phần mô tả hoạt động nguyên lý thiết kế mạch cảnh báo mưa Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 11 năm 2016 Sinh viên thực Đồ Án Môn Học CHƯƠNG I : TỔNG QUAN 1.1: Lý chọn đề tài Trong điều kiện thời tiết thất thường nay, mưa xuất lúc khó để dự báo trước Những người nội trợ hay người dùng khác thường không nhận thức xuất mưa họ bận làm việc lúc ngủ Công việc họ khó để thực nhận biết trời bắt đầu chuyển mưa Đây lý để em thiết kế nên Mạch cảnh báo mưa 1.2: Mục tiêu đề tài - Thiết kế mạch điện tử sử dụng OP-AMP để so sánh ngưỡng điện áp chế đóng ngắt dùng BJT để điều khiển Relay - Mạch cảnh báo mưa nhằm giúp cho người nhận biết cách sớm trời mưa Bộ phận cảm biến phát từ xuất hạt mưa phát âm để cảnh báo người nhà Đồ Án Môn Học CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1: Tổng quan thiết kế - Ta cần thiết kế ba khối cho mạch : khối nguồn, khối so sánh điện áp khối báo động - Mạch cảnh biến mưa công cụ dễ dàng để phát mưa Nó sử dụng công tắc chuyển đổi hạt mưa rơi vào cảm biến nước - Để phát trời bắt đầu mưa, ta đặt cảm biến nước làm góc khoảng 30 45 độ so với mặt đất Điều làm cho nước mưa chảy qua xuống đất ngăn ngừa báo động xảy nước lưu lại cảm biến - Sử dụng còi 12V để hú báo động LED phát sáng trời bắt đầu mưa 2.2: Các linh kiện dùng mạch thiết kế - - Cảm biến nước Cảm biến nước thành phần mạch cảnh báo mưa Nó làm từ nhựa Bakelite nhựa mica, với kích thước 5cm x 4cm Ở bên mặt in dây dẫn nhôm, dính chặt keo epoxy Khoảng cách dây nên có khoảng 3-5mm Nếu mưa, trở kháng dây cao truyền dẫn dây cảm biến Khi có mưa rơi vào cảm biến, ngắn điểm A B lại lúc có truyền dẫn dây Hình 2.2.1: hình dáng cảm biến nước Đồ Án Môn Học - IC UA741 Hình 2.2.2: Hình dáng UA741 UA741 khuếch đại thuật toán hiệu suất cao, xây dựng chip đơn silicon Nó thiết kế cho loạt ứng dụng tương tự - Các đặc trưng UA741 Độ nhạy cao Hệ số khuyếch đại lớn Có bảo vệ ngắn mạch - Ứng dụng Bộ so sánh điện áp Bộ khuếch đại cộng Bộ khuếch đại đệm Máy tích phân Mạch lọc tích cực Bộ tạo hàm số - Hình 2.2.3: Sơ đồ chân UA741 Đồ Án Môn Học Hình 2.2.4: Cấu tạo bên UA741 - Cấu tạo bên UA741: Mặc dù thiết kế khác sản phẩm nhà chế tạo, tất mạch khuếch đại thuật toán có chung cấu trúc bên trong, bao gồm tầng: - Tầng khuếch đại vi sai, nhiệm vụ khuếch đại độ sai lệch tín hiệu hai ngõ vào v+ v- Nó hội đủ ưu điểm mạch khuếch đại vi sai như: độ miễn nhiễu cao; khuếch đại tín hiệu biến thiên chậm; tổng trở ngõ vào lớn - Tầng khuếch đại trung gian, bao gồm nhiều tầng khuếch đại vi sai mắc nối tiếp tạo nên mạch khuếch đại có hệ số khuếch đại lớn, nhằm tăng độ nhay cho Op-Amps Trong tẩng có tầng dịch mức DC để đặt mức phân cực DC ngõ - Tầng khuếch đại đệm, tần nhằm tăng dòng cung cấp tải, giảm tổng trở ngõ giúp Op-Amp phối hợp dễ dàng với nhiều dạng tải khác - Các thông số kỹ thuật UA741: Đồ Án Môn Học 1 Absolute maximum ratings: Symbol Value Unit Supply voltage ±22 V Vid Differential input voltage ±30 V Vi Input voltage ±15 V VCC Parameter Output short-circuit duration Infinite Rthja Thermal resistance junction to ambient SO-8 DIP8 125 85 °C/W Rthjc Thermal resistance junction to case SO-8 DIP8 40 41 °C/W DIP package SO package 500 400 V MM: machine model(2) 100 V CDM: charged device model(3) 1.5 kV -65 to +150 °C HBM: human body model(1) ESD Tstg Storage temperature range Operating conditions: Symbol VCC Vicm Toper Parameter UA741I Supply voltage Common mode input voltage range Operating free air temperature range UA741C to 40 ±12 -40 to +105 to +70 CHƯƠNG III : THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 3.1: Sơ đồ khối: Unit V V °C Đồ Án Môn Học KHỐI NGUỒN • KHỐI SO SÁNH ĐIỆN ÁP KHỐI BÁO ĐỘNG Khối nguồn : cung cấp nguồn cho hệ thống , ta sử dụng nguồn +5V Các linh kiện cần dùng cho khối nguồn : + Điện trở thường 220 Ohm + Tụ gốm 104 + Đèn Led • Khối so sánh điện áp : Khi có mưa rơi vào cảm biến, khối xảy so sánh điện áp chân V - chân V + Sau đưa tín hiệu để điều khiển khối cảnh báo Khối so sánh bao gồm: + Điện trở 10kOhm + Biến trở 10kOhm + UA741 • Khối báo động : Báo động cho người dùng biết trời bắt đầu mưa, gồm có : + Đèn Led + BJT C1815 + Relay 5V + Còi Buzzer Đồ Án Môn Học 3.2 : Sơ đồ nguyên lý mạch cảnh báo mưa Kéo Khung Ra Có Sơ Đồ Bên Trong :D 3.2.1: Tính toán thông số cho khối nguồn - - Dựa vào công thức : R = (Vcc – VLED)/ILED Led hoạt động mức 1.8V đến 3V dòng từ 10 đến 20mA Nếu muốn led hoạt động bình thường nguồn 5V : Giá trị điện trở nhỏ : (5V - 3V)/20mA = 100 Ohm Giá trị lớn : (5V-1.8V)/10mA = 320 Ohm Do ta chọn điện trở khoảng 100 Ohm tới 320 Ohm, mạch em chọn điện trở 220 Ohm Tụ C1 gắn song song với led nhằm ổn định dòng làm cho dòng chảy ổn định dẫn đến led sáng ổn định không bị chập chờn 3.2.2: Tính toán thông số cho khối so sánh điện áp - Sử dụng biến trở VR10K có tác dụng điều chỉnh điện áp vào chân V + UA741 Các điện trở R2, R3 ghép nối tiếp với nối vào chân V - UA741 theo cầu phân áp Khi ta cấp nguồn 5Vdc vào mạch, UA741 lấy điện áp tham chiếu chân V - Ta chọn R2=R3=10kOhm, điện áp tham chiếu V REF=Vcc.R3/(R2+R3) = Vcc/2 = 2.5V - Khi điện áp chân V+ > VREF điện áp mức đưa tới khối báo động Đồ Án Môn Học 3.2.3: Tính toán thông số cho khối báo động - Để tránh cho mạch không bị tượng đoản mạch, em đặt chân V out UA741 cực B Transistor C1815 điện trở 10kOhm - Diode 4007 nối vào đâu cuộn cảm relay để nhằm xả dòng cuộn từ từ đóng ngắt mạch điện, tránh trường hợp Transistor bị cháy điện áp ngược xảy cuộn dây relay - Ở chân COM relay t nối vào cực dương pin 9V - Một đầu còi Buzzer gắn vào chân NO relay, đâu lại nối vào nguồn âm pin 9V 3.3 : Nguyên lý hoạt động mạch - Ta cấp nguồn 5Vdc vào mạch: o Khi trời không mưa: điện áp chân V + < V- nên VOUT=0 Khi điện cực B Transistor bé điện cực C cực E, Transistor trạng thái tắt => Mạch không hoạt động o Khi có nước mưa rơi vào cảm biến nước, ngắn điểm A,B lại Ta điều chỉnh biến trở cho V+ > V- Khi đó, ngõ OP-AMP có điện áp VOUT ≅ 5V Lúc điện cực B lớn cực C cực E, Transistor trạng thái dẫn bão hòa => Relay nhảy => Còi phát âm cảnh báo cho người dùng 3.4: Sơ đồ mạch thi công 10 Đồ Án Môn Học 3.5 : Sơ đồ mạch in 3.6: Đo đạc , kiểm tra thông số hoạt động mạch - Khi cấp nguồn 5v vào , chân V- UA741 có điện áp khoảng 2.1V, chân V OUT=0, mạch không hoạt động - Nhỏ nước vào cảm biến, dùng thang đo 10V để đo chân V + UA741, sau thay đổi biến áp để chân V + có điện áp khoảng 3V, chân VOUT=3.5V, mạch hoạt động bình thường 11 Đồ Án Môn Học CHƯƠNG IV : KẾT LUẬN 4.1: Kiểm nghiệm trình hoạt động mạch Sau trình đo đạc kiểm tra, cấp nguồn vào mạch hoạt động tốt, có nước mưa rơi vào cảm biến đèn led sáng loa hú còi báo tới người sử dụng trời bắt đầu mưa 4.2: Ưu, khuyết điểm mạch o Ưu điểm : + Có tính ứng dụng cao + Dễ thi công sử dụng + Chi phí thi công thấp o Khuyết điểm : + Trong trình sử dụng, cảm biến đặt trời nên phải thường xuyên lau chùi, tránh bị oxi hóa + Mạch hàn xấu TÀI LIỆU THAM KHẢO www.alldatasheet.com/UA741 http://codientu.org/threads/365/ https://www.renesas.com/en-eu/support/technical-resources/engineer- school/electronic-circuits-03-op-amps-comparator-circuit.html https://electroskan.wordpress.com/2010/04/29/rain-alarm/ Điện tử - Ths Nguyễn Thị Ngọc Anh – ĐH Công Nghệ TPHCM Điện tử – TS Võ Đình Tùng- ĐH Công Nghệ TPHCM 12 [...].. .Đồ Án Môn Học 1 3.5 : Sơ đồ mạch in 3.6: Đo đạc , kiểm tra các thông số hoạt động của mạch - Khi cấp nguồn 5v vào , chân V- của UA741 có điện áp khoảng 2.1V, chân V OUT=0, mạch không hoạt động - Nhỏ nước vào tấm cảm biến, dùng thang đo 10V để đo chân V + của UA741, sau đó thay đổi biến áp để chân V + có điện áp khoảng 3V, chân VOUT=3.5V, mạch hoạt động bình thường 11 Đồ Án Môn Học 1... trình hoạt động của mạch Sau quá trình đo đạc và kiểm tra, khi cấp nguồn vào mạch hoạt động tốt, khi có nước mưa rơi vào tấm cảm biến thì cả đèn led sáng và loa lập tức hú còi báo tới người sử dụng trời bắt đầu mưa 4.2: Ưu, khuyết điểm của mạch o Ưu điểm : + Có tính ứng dụng cao + Dễ thi công và sử dụng + Chi phí thi công thấp o Khuyết điểm : + Trong quá trình sử dụng, do tấm cảm biến được đặt ngoài... Có tính ứng dụng cao + Dễ thi công và sử dụng + Chi phí thi công thấp o Khuyết điểm : + Trong quá trình sử dụng, do tấm cảm biến được đặt ngoài trời nên phải thường xuyên lau chùi, tránh bị oxi hóa + Mạch hàn còn xấu TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 www.alldatasheet.com/UA741 2 http://codientu.org/threads/365/ 3 https://www.renesas.com/en-eu/support/technical-resources/engineer- school/electronic-circuits-03-op-amps-comparator-circuit.html ... cho mạch : khối nguồn, khối so sánh điện áp khối báo động - Mạch cảnh biến mưa công cụ dễ dàng để phát mưa Nó sử dụng công tắc chuyển đổi hạt mưa rơi vào cảm biến nước - Để phát trời bắt đầu mưa, ... có khoảng 3-5mm Nếu mưa, trở kháng dây cao truyền dẫn dây cảm biến Khi có mưa rơi vào cảm biến, ngắn điểm A B lại lúc có truyền dẫn dây Hình 2.2.1: hình dáng cảm biến nước Đồ Án Môn Học - IC UA741... 12V để hú báo động LED phát sáng trời bắt đầu mưa 2.2: Các linh kiện dùng mạch thiết kế - - Cảm biến nước Cảm biến nước thành phần mạch cảnh báo mưa Nó làm từ nhựa Bakelite nhựa mica, với kích