Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG III – THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO .

CHƯƠNG III – THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO .

Tải bản đầy đủ - 0trang

Đồ án môn học : Thiết kế và chế tạo mạch

Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển tốc độ quạt từ xa



Khoa Điện – Điện tử



Do khơng có ai muốn sử dụng một chiếc điều khiển từ xa (khối phát) được “kết nối” gián tiếp

với thiết bị điện (khối nguồn II, khối thu, khối điều khiển, ...) thông qua một mớ dây dẫn nên

em quyết định sử dụng 2 khối nguồn riêng biệt : khối nguồn I cho khối phát và khối nguồn II

cho khối thu – khối điều khiển .



3.2. Khối nguồn .

3.2.1. Khối nguồn I .

Mạch phát chỉ tiêu thụ một cơng suất rất thấp, dòng điện cần để hoạt động không lớn, điện áp

cũng chỉ cần khoảng 3V là có thể hoạt động ổn đinh . Tuy nhiên “khối nguồn I” dùng cho nó

cần có kích thước nhỏ gọn, dễ lắp ráp vào điền khiển từ xa và không gây bất tiện cho người

sử dụng . Khơng có ai muốn dùng một chiếc điều khiển từ xa to lớn, nặng nề và cần kết nối

với nguồn điện cố định để sử dụng .

Vì vậy em quyết định sử dụng 2 pin tiểu 1,5V mắc nối tiếp với nhau để tạo ra nguồn 3V dùng

cho điều khiển từ xa (khối phát) (loại pin này các cửa hàng tạp hóa đều bán nên dễ thay thế) .



Hình 3.2.1.1 – Pin tiểu sử dụng làm nguồn nuôi trong thiết bị điện



3.2.2. Khối nguồn II .

Khối nguồn II có nhiệm vụ cung cấp nguồn nuôi cho khối thu và khối điều khiển mà hai khối

này gồm chủ yếu là các IC hoạt động ở điện áp 5 V DC và cũng khơng cần dòng q lớn

nhưng pin lại khơng cấp đủ dòng này và khơng đủ độ ổn định, khối nguồn II cũng được kết

nối trực tiếp với khối thu và khối phát (gắn liền với quạt điện) .



Giáo viên hướng dẫn : Chu Thị Thanh Thơ

Trang : 42

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Trần Quang Hải



Đồ án môn học : Thiết kế và chế tạo mạch

Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển tốc độ quạt từ xa



Khoa Điện – Điện tử



Vậy nên em thiết kế khối nguồn II dùng mạng điện lưới 220 V AC, tần số 50 Hz ổn áp thành

nguồn một chiều 5 V DC với dòng tối đa 1 A .



Nguồn

220 V AC



Máy biến áp

220V/9V AC



Chỉnh

lưu



Lọc nhiễu và

san phẳng



Ổn

áp



Hình 3.2.2.1 – Sơ đồ khối nguồn II



Hình 3.2.2.2 – Sơ đồ nguyên lý khối nguồn II

Điện áp được giảm áp từ 220 V AC xuống 9 V AC thông qua một biến áp cách li . Nhờ

Diode chỉnh lưu cầu tín hiệu xoay chiều sẽ nắn thành dạng một chiều. Điện một chiều này sẽ

dưới dạng sóng nhấp nhơ.



Hình 3.2.2.3 – Dạng sóng điện áp trước và sau chình lưu cầu

Điện áp lưới có giá trị lớn nhất là : 9. = 13 V .

Dòng điện lớn nhất qua Diode chỉnh lưu cầu : 1A ( đây là dòng lớn nhất biến áp em sử dụng

tải được ) .

Hệ số gợn sóng (khi không lắp tụ lọc) : K = 0,49 .

Giáo viên hướng dẫn : Chu Thị Thanh Thơ

Trang : 43

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Trần Quang Hải



Đồ án môn học : Thiết kế và chế tạo mạch

Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển tốc độ quạt từ xa



Khoa Điện – Điện tử



Tần số điện áp ra của bộ chỉnh lưu : f = 2.f0 = 2.50 = 100 Hz .

Trong đề tài này em sử dụng Diode chỉnh lưu cầu KBP307 .

Để tín hiệu một chiều này được bằng phẳng hơn (khơng còn nhấp nhơ) .Ta lắp thêm tụ một

chiều C1 để lọc tín hiệu nhấp nhơ .

Giá trị tụ C1 được tính như sau :

Theo datasheet của diode cầu KBP307 thì sụt áp trên nó là 1,1 V . Vậy điện áp lớn nhất đặt

nên tụ lọc C1 là : 13-1,1 = 11,9 V .

Trong mạch chỉnh lưu cầu toàn phần :

Hệ số đập mạch : mđm = 2 .

Tần số góc : wt = 2πf = 2π.100 = 200 rad/s .

Khi cho mạch hoạt động em đo được I ≈ 0,1 A .



Điện trở của biểu kiến của mạch : Rt = = 130 Ω .

Chọn hệ số gợn : K = 0,05 .

Ta có : C1 = = = 245.10-6 F .

Trong đề tài này em sử dụng tụ lọc chính C1 có giá trị 1000 uF, chịu được điện áp tối đa 35V .

Tụ lọc cao tần C2 có giá trị 10000nF để lọc tín hiệu nhiễu xoay chiều và san phẳng những gai

còn sót lại sau tụ C1 . Do các IC dùng trong mạch điều khiển sử dụng nguồn 5 V nên em sử

dụng IC 7805 để ổn áp, cho ra dòng một chiều 5 V DC ổn định dùng cho mạch thu và mạch

điều khiển .

Công suất tiêu hao trên IC 7805 được tính bởi cơng thức :

Pth = (Uv – Ur).I .

Khi đó : Pth = (7,9 – 5).0,1 = 0,29 W .

Tổng trở tương đương của mạch thu và mạch điều khiển được nuôi bởi khối nguồn II :



Giáo viên hướng dẫn : Chu Thị Thanh Thơ

Trang : 44

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Trần Quang Hải



Đồ án môn học : Thiết kế và chế tạo mạch

Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển tốc độ quạt từ xa



Khoa Điện – Điện tử



R = = 50 Ω



Để đảm bảo điện áp đầu ra hoàn tồn ổn định, khơng bị nhiễu gây ảnh hưởng tới hoạt động

của các linh kiện trong khối thu và khối điều khiển em sử dụng thêm tụ C3 .

C3 có giá trị được tính như sau :

C3 = = 80.10-6 F .

Trong đề tài này em dùng tụ C3 có giá trị 100uF/35V

Dùng thêm tụ lọc cao tần C4 có giá trị 100nF .



Do khối nguồn được nối trực tiếp với Relay ở khối điều khiển nên em dùng thêm Diode

1N4007 để bảo vệ IC 7805 không bị phá hủy bởi áp ngược khi Relay đóng/cắt .



3.3. Khối phát .

Khối phát có nhiệm vụ nhận lệnh điều khiển từ người dùng, tiến hành mã hóa, ghép sóng

mang, khuếch đại, ... và phát tín hiệu điều khiển ra mơi trường ngồi .



Chọn chức

năng



Ghép sóng

mang





hóa



Khuếch

đại



LED phát

hồng ngoại



PT2248



Dao động tạo

sóng mang

Khối

nguồn I



Hình 3.3.1 – Sơ đồ khối phát



Giáo viên hướng dẫn : Chu Thị Thanh Thơ

Trang : 45

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Trần Quang Hải



Đồ án môn học : Thiết kế và chế tạo mạch

Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển tốc độ quạt từ xa



Khoa Điện – Điện tử



Mã người dùng là 110 (chân T1 và T2 được nối với chân C qua diode 1N4148 theo hướng

dẫn trong datasheet, chân T3 để hở) .

IC PT 2248 được kết nối với bộ dao động thạch anh 455 KHz và hai tụ 150pF C 1 và C2 (duy

trì dao động) để tạo sóng mang (IC PT 2248 có thể hoạt động với bộ dao động từ 400 KHz

đến 600KHz, tuy nhiên thạch anh 455KHz là bộ dao động dễ tìm và hay được sử dụng) .

Khi bấm một trong các phím : On/Off (hoặc 1, 2, 3) thì chân T2 của IC PT 2248 được nối với

chân tương ứng K1 (hoặc K2, K3, K4), lúc này đầu ra Tx out của IC PT 2248 sẽ phát liên tục

hai chuỗi xung điện đi vào cực B của transistor Q1 (A1013) và kích dẫn transistor Q2 (D468)

(hai transistor này được mắc Darlington bù nhằm tăng dòng cho LED phát hồng ngoại, giúp



Hình 3.3.2 – Sơ đồ nguyên lý mạch phát

LED phát mạnh hơn để tăng khoảng cách thu-phát) . LED phát hồng ngoại sẽ chuyển chuỗi

tín hiệu điện thu được thành chuỗi ánh sáng hồng ngoại tương ứng, truyền qua không gian

đến thiết bị thu sóng hồng ngoại trên khối thu .

* Chi tiết về việc khuếch đại tín hiệu qua hai transistor T1 (A1013) và T2 (D468) .

Điện áp ở chân Txout của IC PT 2248 luôn là 2 V . Trong trạng thái bình thường (khi khơng

điều khiển hoặc tín hiệu điều khiển là bit 0), dòng ra ở chân Tx out của IC PT 2248 với giá trị

nhỏ nhất là 1 mA và đi vào cực B của transistor T1 (A1013); tuy nhiên do T1 là transistor

thuận, nghĩa là nó sẽ mở nếu có dòng đi từ cực B ra nên trong trường hợp này transistor T1

không mở, khơng có dòng đến cực B của transistor T2 (D468) nên transistor T2 cũng khơng

mở, khơng có dòng điện qua LED phát hồng ngoại nên nó “khơng sáng” . Ngược lại, khi tín

hiệu điều khiển bằng 1, dòng ra ở chân Tx out của IC PT 2248 với giá trị nhỏ nhất là -0,1 mA,

hay là có dòng điện với giá trị nhỏ nhất là -0,1 mA đi ra khỏi cực B của transistor T1 vào

Giáo viên hướng dẫn : Chu Thị Thanh Thơ

Trang : 46

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Trần Quang Hải



Đồ án môn học : Thiết kế và chế tạo mạch

Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển tốc độ quạt từ xa



Khoa Điện – Điện tử



chân Txout của IC PT 2248, lúc này transistor T1 mở, có dòng vào cực B của transistor T2 (là

transistor ngược và mở khi có dòng điện đi vào cực B), và có dòng qua LED phát hồng ngoại

nên nó “sáng” .

Dựa theo datasheet thì đặc tính khuếch đại của transistor A1013 và D468 gần giống nhau nên

sẽ hạn chế được việc tín hiệu bị méo mó sau khi khuếch đại .

Bằng cách đo thực tế em biết được hệ số khuếch đại của transistor A1013 là khoảng 70 còn

của transistor D468 là khoảng 150 (do hệ số khuếch đại của transistor còn phụ thuộc vào

nhiều yếu tố như chất lượng linh kiện hay nhà sản xuất, ... còn datasheet thì cho một khoảng

rất lớn A1013 có hệ số khuếch đại từ 60 đến 220 còn D468 từ 85 đến 240 nên em tiến hành

đo lại) .

Điện áp đặt trên R1 khi tín hiệu đẩu ra là 1 (dòng điện ở chân Txout nhỏ nhất là -0,1 mA) là :

UR1 = Vcc – UEBT1 – VTx = 3 – 0,7 – 2 = 0,3 V

Dòng điện ở chân Txout nhỏ nhất là -0,1 mA (coi đây là giá trị định mức) .

Khi đó : R1 < 3 kΩ .

Trong mạch này em dùng điện trở R1 có giá trị 1 kΩ

Khi qua hai transistor T1 và T2 thì trên lý thuyết nếu nguồn áp là lý tưởng sẽ khiến dòng điện

sẽ được khuếch đại lên hàng chục nghìn lần và khiến dòng vào LED lên cỡ vài A và làm hỏng

LED . Nhưng thực tế thì do mạch có trở kháng nhất định và pin khơng phải nguồn áp lý

tưởng, nó chỉ có thể cung cấp dòng lớn nhất cỡ vài trăm mA khi đoản mạch (em để thang đo

dòng 2,5 A vào hai đầu pin thì thấy chỉ lên được 300 mA) và do nguyên lý hoạt động mà nó

cần thời gian nhất định để nâng dòng lên . Vì thể về cơ bản khi khuếch đại bằng hai transistor

thì khi có tín hiệu “1” từ chân Txout của IC PT2248 thì sẽ mở hết khả năng cấp dòng của pin

“trong mạch này” . Do khơng có đủ dụng cụ để tham trắc hoạt động của LED khi được cấp

dòng để phát sáng nên em chỉ tiến hành chạy thử nhiều lần và thấy LED vẫn hoạt động tốt .

Mong các thầy cô thông cảm .



3.4. Khối thu .

Khối thu có nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu điều khiển mà khối phát đã truyền ra mơi trường

ngồi, tiến hành khuếch đại, tách sóng mang, giải mã tín hiệu, ... và truyển lệnh điều khiển

ban đầu của người sử dụng tới khối điều khiển .

Giáo viên hướng dẫn : Chu Thị Thanh Thơ

Trang : 47

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Trần Quang Hải



Đồ án môn học : Thiết kế và chế tạo mạch

Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển tốc độ quạt từ xa



PC

1838B



Khuếch

đại



Khoa Điện – Điện tử



Tách sóng

mang



Giải





PT 2249A



Khối

điều

khiển



Bộ dao động



Khối nguồn II



Hình 3.4.1 – Sơ đồ khối thu



Hình 3.4.2 – Sơ đồ nguyên lý khối thu

PC 1838B sẽ cho ra tín hiệu ngược với tín hiệu hồng ngoại mà nó thu được nên em mắc

Transistor T1 ( D468) như hình trên để đảo tín hiệu . PC 1838B nhận tín hiệu “1”, nó cho ra

tín hiệu “0”, nghĩa là điện áp đặt trên cực B của Transistor T1 là 0 V, Transistor T1 khơng dẫn

dòng, dòng điện qua R2 sẽ đi vào chân Rx in của PT 2249A hay tín hiệu PT 2249A nhận được

là “1” và ngược lại, nếu PC 1838B nhận tín hiệu “0”, nó cho ra tín hiệu “1”, điện áp đặt trên

cực B của Transistor T1 là 4,5 V . Transistor T1 mở và dẫn dòng điện từ R2 xuống mass, tín

hiệu nhận được ở chân Rxin của PT 2249A là “0” .

Dòng ra của PC 1838B rất nhỏ nên dù áp là 4,5 V nhưng không gây hại gì cho Transistor T1 .

Mã người dùng là 110, nên chân C 2 được nối mass qua một tụ gốm 1000pF còn C 3 nối trực

tiếp với mass .

Giáo viên hướng dẫn : Chu Thị Thanh Thơ

Trang : 48

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Trần Quang Hải



Đồ án môn học : Thiết kế và chế tạo mạch

Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển tốc độ quạt từ xa



Khoa Điện – Điện tử



Theo datasheet của IC PT2249A thì chân OSC (15) của nó được nối với trở 39kΩ và tụ

1000pF để duy trì dao động dùng cho việc so sánh và tách sóng mang .

Theo datasheet của IC PT2249A thì VIHmin = 3 V và IIHmin = 0,1 uA = 10-6 A nên giá trị tối đa

trên lý thuyết của R2 có thể sử dụng là 30000 kΩ, tuy nhiên để mạch hoạt động ổn định trong

đề tài này em dùng R2 có giá trị 3,3kΩ .

Điện trở R1 để hạn dòng bảo đảm PC 1838B khơng gặp sự cố vì q dòng khi hoạt động .

Trong đề tài này em dùng R1 có giá trị 220Ω sẽ hạn chế dòng vào R1 mà khơng ảnh hưởng

tới hoạt động của nó .



3.4. Khối điều khiển .

Khi đã tiến hành xong việc thu và giả mã tín hiệu điều khiển thì ta cũng khơng thể dùng ngay

tín hiệu điều khiển đó đề điều khiển quạt, khơng có ai muốn phải giữ điều khiển mãi đâu, hơn

nữa tín hiệu điều khiển là dạng xung sẽ không thể khiến động cơ hoạt động liên tục, gây ảnh

hưởng tới tuổi thọ của nó . Và khi chốt được tín hiệu điều khiển rồi thì cũng phải chú ý làm

sao để khi bạn ra lệnh mới thì phải xóa tín hiệu đang được chốt phải bị xóa đi, nếu khơng

động cơ sẽ bị quá tải dẫn đến hỏng hóc, cháy nổ . Và cũng cần Relay để cách lý nguồn một

chiều 5 V dũng cho mạch điều khiển với nguồn xoay chiều 220 V dũng để cấp điện cho quạt

hoạt động .

Trong đề tài này em sử dụng IC 74HC27 và 74HC74 để tạo mạch logic điều khiển hoạt động

của quạt .

Ví dụ khi ấn phím OFF, cả 3 cổng NOR ba đầu vào của IC 74HC27 sẽ chuyển trạng thái đầu

ra xuống mức “0” và đưa tín hiệu này tới chân Reset (Clear) và xóa tín hiệu đang được chốt ở

tất cả các D-FF (IC 74HC74) về mức “0”

Khi ấn một trong ba phím 1,2,3 thì một xung tín hiệu sẽ được đưa tới D-FF tương ứng, nâng

đầu ra của nó theo giá trị của D (ở đây vì ta sẽ chỉ chuyển tín hiệu đẩu ra từ “0” nên “1” nên

em đặt giá trị của D là “1” – nối dương nguồn), và thông qua các cổng logic NOR ba đầu vào

tương ứng của IC 74HC27 để đưa tín hiệu xóa “0” đến chân Reset (Clear) của các D-FF khác

(ở đây em dùng IC 74HC74 gồm các D-FF với các chân Set và Reset tích cực mức cao) . Do

không sử dụng chân S của D-FF nên em cấp cho nó tín hiệu mức “1” (nối dương nguồn) để

tránh nhiễu .



Giáo viên hướng dẫn : Chu Thị Thanh Thơ

Trang : 49

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Trần Quang Hải



Đồ án môn học : Thiết kế và chế tạo mạch

Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển tốc độ quạt từ xa



Khoa Điện – Điện tử



Hình 3.4.1 – Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển

Do dòng ra tối đa mức cao của IC 74HC74 chỉ cỡ 4 mA, khơng đủ để đóng Relay JQC-3F

nên em đã dùng thêm Transistor D468 để kích dòng .

Relay JQC-3F cần khoảng dòng khoảng 50mA là đóng được .

Hệ số khuếch đại của Transistor D468 là khoảng 100 lần .

VOHmin ở đầu ra của IC 74HC74 là 3,7 V trừ đi sụt áp U BE trên Transistor D468 thì điện áp rơi

trên trở là khoảng 3 V .

Như vậy cần điện trở R5, R6, R7 có giá trị khoảng :

R = 6 kΩ .

Trong mạch này em dùng điện trở R5, R6, R7 có giá trị 4,7 kΩ .

Trong trạng thái làm việc ổn định dòng ra của IC 74HC74 tối đa khoảng 4 mA, nên dòng cấp

cho LED báo hiệu phải có giá trị khơng q 3 mA nếu khơng sẽ ảnh hưởng tới dòng cấp cho

Transistor và ảnh hưởng tới hoạt động đóng, cắt của Relay . Điện áp ra của IC 74HC74 cỡ

4V, trừ đi sụt áp 1,5 V trên LED đỏ báo hoạt động còn lại khoảng 2,5 V . Vậy nên trong đề tài

này em thống nhất sử dụng điện trở hạn dòng cho LED báo hiệu là 1 kΩ, khi đó dòng cấp cho

LED báo là cỡ 2,5 mA .



Giáo viên hướng dẫn : Chu Thị Thanh Thơ

Trang : 50

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Trần Quang Hải



Đồ án môn học : Thiết kế và chế tạo mạch

Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển tốc độ quạt từ xa



Khoa Điện – Điện tử



Để bảo vệ các linh kiện trong mạch không bị ảnh hưởng bới áp ngược rất lớn sinh ra khi

Relay đóng/cắt, em sử dụng Diode 1N4007 vì dù nó là Diode tần số thấp nhưng thời gian

phục hồi của nó cũng thấp hơn rất nhiều thời gian đóng/cắt của Relay, có khả năng chịu được

điện áp lớn, hơn nữa nó rất thông dụng trên thị trường .



3.5. Sơ đồ mạch in .



* Mạch in khối nguồn II .



Hình 3.5.1 – Sơ đồ mạch in khối nguồn II

Để tránh xảy ra sự cố em tách MBA ra khỏi mạch in của khối nguồn II, nó được nối vào

mạch nguồn qua J1 .

Diode chình lưu cầu KBP307 .

C1



: Tụ hóa 1000 uF .



C2



: Tụ gốm 104 (10000 pF) .



IC ổn áp nguồn dương 7805 ổn áp 5 V .

C3



: Tụ hóa 100uF .



Giáo viên hướng dẫn : Chu Thị Thanh Thơ

Trang : 51

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Trần Quang Hải



Đồ án môn học : Thiết kế và chế tạo mạch

Thiết kế và chế tạo mạch điều khiển tốc độ quạt từ xa

C4



: Tụ gốm 102 (100 pF) .



D1



: Diode 1N4007 .



Khoa Điện – Điện tử



J2 là đầu nối để câu dây nguồn cho các khối khác .



* Mạch in khối phát .



Mach hoạt động nhờ nguồn nuôi là 2 pin tiểu (3 V) được nối vào thông qua J1 .

OFF, ON1, ON2, ON3 là các phím chọn chức năng tương ứng với tắt, số 1, số 2, số 3 .

IC PT2248 mã hóa tín hiệu hồng ngoại .

Bộ tạo dao động sóng mang gồm dao động thạch anh 455kHz và 2 tụ :



Hình 3.5.2 – Sơ đồ mạch in khối phát



Giáo viên hướng dẫn : Chu Thị Thanh Thơ

Trang : 52

Sinh viên thực hiện : Lê Đức Trường – Trần Quang Hải



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG III – THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO .

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×