Đồ án Mạch đo tốc độ động cơ

MỤC LỤC Lời mở đầu Nhận xét của giáo viên phản biện Nhận xét của giáo viên phản biện Mục đích yêu cầu Giới thiệu đề tài Ứng dụng của đề tài Hạn chế của đề tài Phương pháp nghiên cứu Nội dung Lý thuyết cơ bản Sơ đồ khối Sơ đồ nguyên lý Nguyên lý hoạt động của mạch Kết luận NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ((( 100 LỜI MỞ ĐẦU Nước Việt Nam ta đang trên con đường công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Việc nước ta gia nhập thành công tổ chức Thương Mại Thế Giới –WTO đã đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong quá trình phát triển đất nước về các mặt kinh tế,đời sống xã hội,khoa học kĩ thuật … Trong đó khoa học kĩ thuật là yếu tố giữ vai trò không nhỏ và việc ứng dụng những thành tựu khoa học kĩ thuật vào các ngành nghề nói chung và ngành điện tử nói riêng ngày càng rộng rãi. Trước những vấn đề như thế càng thúc đẩy thế hệ sinh viên chúng em phải biết xây dựng nền tàng kiến thức chuyên môn ngay từ buổi đầu. Nhận thức được điều đó thầy cô ở trường,ở khoa đã tạo điều kiện cho chúng em thực hiện đồ án này. Do kiến thức còn hạn chế, thực tiển chưa sâu và chúng em làm đồ án môn học nên không thể tránh khỏi sai sót. Vì vậy chúng em rất mong dự đóng góp cũng sự chỉ dạy tận tình của quý thầy cô để đề tài của chúng em được hoàn thành tốt hơn. Qua đây chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Trần Nguyên Bảo Trân-người đã hướng dẫn cho chúng em hoàn thành đồ án môn học 1! II. MỤC ĐÍCH YÊU CẦU 1.Giới thiệu đề tài Sự cần thiết và quan trọng cũng như tính khả thi của mạch số là lí do để chúng em chọn đề tài “mạch đo tốc độ động cơ “ Đề tài mạch đo tốc độ động cơ bao gồm 2 phần: Nội dung : nêu lên khái quát các kiến thức về kĩ thuật số liên quan đến đề tài và chức năng của từng linh kiện được dùng. Thi công : nêu lên sơ đồ nguyên lí, quá trình thi công mạch, nguyên lí hoạt động của mạch. 2. Ứng dụng của đề tài. Mạch đo tốc độ động cơ được thiết kế hoạt động như một mạch đếm tự động, có chức năng hiển thị các giá trị vòng quay của motor trong một thời gian nhất định. Để xác định tốc độ mà động cơ đang quay.. 3. Hạn chế của đề tài Đề tài này có ứng dụng rất lớn, nhưng trong khả năng cho phép chúng em chỉ có thể thực hiện được mạch đếm số vòng quay đơn giản, nên không thể nêu hết các ứng dụng của mạch. 4. Phương pháp nghiên cứu Thu thập tài liệu có liên quan đến đề tài Tham khảo ý kiến của giáo viên hướng dẫn. Ứng dụng các kiến thức về Kĩ Thuật Số đã được 5. Giới thiệu vế mạch và các linh kiện trong mạch: Mạch đo tốc độ động cơ dùng các linh kiện như sau: Led thu và phát hồng ngoại Ic 4081 (có các cổng end) Ic 4033 đếm lên và giải mã 7 đoạn Led 7 đoạn hiển thị số đếm Các điện trở bảo vệ Các điện trở và biến trở làm cầu phân áp Ic 555 làm nhiệm vụ tạo xung. 1. LED 7 ĐOẠN: Led 7 đoạn được dùng để hiển thị các số đếm, các dữ liệu được giải mã sau đó đưa đến các chân a, b, c, d, e ,f, g của led ở mức cao K chung, mức thấp A chung. Điện áp rơi trên mỗi đoạn là 1.8V – 2V,với dòng là 7- 20mA. Chọn chế độ hoạt động bình thường cho led là 2V, 8mA. Sơ đồ chân led 7 đoạn  Chân 1 : E Chân 2 : D Chân 3 : CA Chân 4 : C Chân 5: DP Chân 6 : B Chân 7 : A Chân 8 : CA hân 9 : F Chân 10 : G 2. IC 4081 Chức năng: Có ngõ vào được lấy từ ngõ ra của led thu và xung từ Ic 555, làm nhiệm vụ end các ngõ vào đó. Biến đổi ngõ vào phù hợp làm xung kích cho mạch đếm. Đây là IC chứa 4 cổng AND, Y=AB A  B  Y   0  0  0   0  1  0   1  0  0   1  1  1   Truth Table Hình: sơ đồ chân IC 4081 3.MACH PHÁT VÀ THU TÍN HIỆU: 3.1.IC555:
Cấu tạo của NE555 gồm OP-amp so sánh điện áp, mạch lật và transistor để xả điện. Cấu tạo của IC đơn giản nhưng hoạt động tốt. Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành 3 phần. Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn. Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương của Op-amp 1 và điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm của Op-amp 2. Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 VCC, chân S = [1] và FF được kích. Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 VCC, chân R của FF = [1] và FF được reset Giải thích sự dao động:Ký hiệu 0 là mức thấp bằng 0V, 1 là mức cao gần bằng VCC. Mạch FF là loại RS Flip-flop,Khi S = [1] thì Q = [1] và 
= [ 0].Sau đó, khi S = [0] thì Q = [1] và
= [0].Khi R = [1] thì
= [1] và Q = [0].Tóm lại, khi S = [1] thì Q = [1] và khi R = [1] thì Q = [0] bởi vì
= [1], transisitor mở dẫn, cực C nối đất. Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp ở chân 6 không vượt quá V2. Do lối ra của Op-amp 2 ở mức 0, FF không reset. Giai đoạn ngõ ra ở mức 1: Khi bấm công tắc khởi động, chân 2 ở mức 0.Vì điện áp ở chân 2 (V-) nhỏ hơn V1(V+), ngõ ra của Op-amp 1 ở mức 1 nên S = [1], Q = [1] và
= [0]. Ngõ ra của IC ở mức 1. Khi
= [0], transistor tắt, tụ C tiếp tục nạp qua R, điện áp trên tụ tăng. Khi nhấn công tắc lần nữa Op-amp 1 có V- = [1] lớn hơn V+ nên ngõ ra của Op-amp 1 ở mức 0, S = [0], Q và
vẫn không đổi. Trong khi điện áp tụ C nhỏ hơn V2, FF vẫn giữ nguyên trạng thái đó.Giai đoạn ngõ ra ở mức 0: Khi tụ C nạp tiếp, Op-amp 2 có V+ lớn hơn V- = 2/3 VCC, R = [1] nên Q = [0] và
= [1]. Ngõ ra của IC ở mức 0.Vì
= [1], transistor mở dẫn, Op-amp2 có V+ = [0] bé hơn V-, ngõ ra của Op-amp 2 ở mức 0. Vì vậy Q và
không đổi giá trị, tụ C xả điện thông qua transistor.Kết quả cuối cùng: Ngõ ra OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vuông, có chu kỳ ổn định Vcc cung cấp cho IC có thể sử dụng từ 4,5V đến Tụ 103 (10nF) từ chân 5 xuống mass là cố định và bạn có thể bỏ qua ( không lắp cũng được ) Khi thay đổi các điện trở R1, R2 và giá trị tụ C1 bạn sẽ thu được dao động có tần số và độ rộng xung theo ý muốn theo công thức. T = 0.7 × (R1 + 2R2) × C1 và f = 1.4 / ( (R1 + 2R2) × C1 )T = Thời gian của một chu kỳ toàn phần tính bằng (s) f = Tần số dao động tính bằng (Hz) R1 = Điện trở tính bằng ohm (W )R2 = Điện trở tính bằng ohm ( W )C1 = Tụ điện tính bằng Fara ( W )T = Tm + Ts T : chu kỳ toàn phần Tm = 0,7 x ( R1 + R2 ) x C1 Tm : thời gian điện mức caoTs = 0,7 x R2 x C1 Ts : thời gian điện mức thấp 
Chu kỳ toàn phần T bao gồm thời gian có điện mức cao Tm và thời gian có điện mức thấp Ts Mạch phát: Mạch giao động phi ổn dung IC555 với tần số nhanh vì dung tu C2 với giá trị rất nhỏ. Tần số xung kích có thể thay đổi nhờ VR7. Tại chân 3 của IC555 luôn có xung vuông đơn cực với tần số cao. Khi chân 3 ở mức thấp Q1,Q2 không dẫn khi đó sẽ không có tín hiệu hồng ngoại phát ra. Khi chân 3 ở mức cao Q1,Q2 được kích dẫn. khi đó tín hiệu hồng ngoại được phát ra. Hình : sơ đồ phát tín hiệu hồng ngoại Mạch thu: Khi motor quay đĩa chắn sẽ chặn tín hiệu từ led thu đến led phát.Led thu và VR2 tạo nên một cầu chia áp. khi nhận tín hiệu và mất tín hiệu hồng ngoại điện áp trên led thu sẽ thay đổi(từ thấp lên cao). tạo thành một xung vuông đơn cực. Khi SW1 được nhấn. mạch dao động đơn ổn dùng IC555 sẽ có xung kích(xung âm) thay đổi trạng thái. Khi đó sẽ có xung tại chân số 3. Hai xung do mạch dao động IC555 và từ cầu phân áp bằng led thu được end với nhau làm xung kích đếm cho mạch đếm. Mạch dao động đơn ổn dung IC555 có tác dụng cho phép kích đếm. Hình: mạch thu tín hiệu hồng ngoại 4.MẠCH ĐẾM VÀ GIẢI MÃ SỬ DỤNG IC 4033: IC 4033: là ic có khả năng đếm lên và giải mã 7 đoạn. tùy thuộc vào. Tín hiệu ngõ vào xung clock. tín hiệu ngõ ra hiển thị led 7 đoạn. Chân 16: VCC Chân 8: GND Chân : 14 (Lamp Test) kiểm tra đèn (tích cực mức cao) Chân : 10,12,13,9,11,6,7 là tín hiệu ngõ ra đưa vào led 7 đoạn Chân : 1 nhận xung clock Chân : 15 chân reset Chân :3 ngoõ vaøo troáng Chân :4 ngõ ra trống Chân :5 carry out( ñöa ra) 6. SƠ ĐỒ KHỐI 7.SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ : IV.THI CÔNG 1. Thiết kế mạch Vì mạch đơn giản. ta có thể chia mạch làm ba phần: mạch thu,mạch phát,mạch đếm và giải mã để thi công mạch bàng tay. 2. Ráp mạch Sau khi đã vẽ mạch hoàn tất ta tiến hành ráp mạch.Trước khi ráp,ta kiểm tra linh kiện được sử dụng trong mạch đo tốc độ động cơ bằng đồng hồ VOM. Thực hiện hàn chân các linh kiện sử dụng mỏ hàn, chì hàn. Kiểm tra hàn đúng các chân linh kiện. 3.Thử Mạch Cấp nguồn 12v cho mạch. Dùng VOM đo tín hiệu ở led thu khi nhận được tín hiệu từ led thu và khi tín hiệu từ led thu tới led phát bị che ngang. Đo và kiểm tra các xung clock váo chân 1 cúa IC đếm 4033. Nếu đã có xung clock tức là khối thu và phát tín hiệu đã hoạt động và đã có xung cho ic đếm. Tiếp theo ta đo tín hiệu ngõ ra của ic đếm xem mạch đếm đã hoạt động chưa. Nếu có tức là mạch đếm hoạt động tốt. Ta đo tin hiệu tai ngõ ra của mạch giải mã đua vào. Kiệm tra hiển thị tại led 7 đoạn. Chú ý : Ta vừa kích xung bằng cách tác động chặn tia hồng ngoại. Và kiềm tra hiên thị trên led 7 đoạn xem có phù hợp hay không. 4.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: Mạch thu và phát hồng ngoại hoạt đông như ở trên đã nói. Khi led thu bị mất tín hiệu, nghĩa là motor đã quay được một vòng thì chân 9 ic 4081 lên mức cao. Khi mạch đơn ổn được kích tại chân 8 của IC4081 cũng ở mức cao. Khi đó tại ngõ ra của cổng end sẽ la mưc cao. Khi quay hết một vòng thì led thu nhận được tín hiệu từ led phát nên chân 9 xuống mức thấp và ở ngõ ra chân cổng end ở mức thấp. Chỉ khi cả 2 tín hiệu vào là mức cao thì cổng end với cho ra mức cao.vì vậy khi không kích thay đổi trạng thái của mạch đơn ổn thì cũng không có xung kích vào mạch đếm. Khi khích cho mạch đơn ổn thay đổi trạng thái. Thời gian thay đổi trạng thaí hay chính là độ rộng xung có thể thay đổi bằng VR2,VR3. Đồng thời có xung từ cầu chia áp từ led thu. Ở ngõ ra của cổng end sẽ có xung kích vào mạch đếm. Nghĩa là có xung tới chân 1 của ic 4033. Khi nhận được xung thì thì ic 4033 nay thực hiện việc đếm và giải mã sang mã 7 đoạn, để hiển thị trên led. Như vậy khi motor quay hết một vòng thì có 1 xung đếm và led 7 đoạn hiển thị tăng lên 1. cho đến khi mạch đơn ổn trở về trạng thái ổn định của nó,mạch đếm sẽ ngừng lại. Đó chính là thời gian mà số vòng quay được đo. Từ đó ta biết được tốc độ động cơ đang hoạt động. V. KẾT LUẬN: Mạch đo tốc độ động cơ rất thông dụng hiện nay được ứng dụng nhiều trong thực tế. dung để kiểm soát và bảo trì các motor trong công nghiệp. Trong điều kiện cho phép em chỉ có thể thực hiện ở mức độ đơn giản nhưng trong quá trình thực hiện cũng không được theo ý muốn ,mạch thi công cũng còn rất nhiều thiếu sót hạn chế nhiều bởi kiến thức của em còn hạn chế, thời gian đầu tư chưa nhiều và một phần còn phụ thuộc vào kinh tế. Qua đây rất mong sự đóng góp tận tình của quý thầy cô và các bạn!