đồ án KTĐt Quạt điều khiển từ xa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA CƠ KHÍ

Mục

lục

------------- -------------

ĐỒ ÁN

MƠN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

Giảng viên giảng dạy
Sinh viên thực hiện

:
:

Lớp
Mã sinh viên

:
:

LÊ



[1]

Mục lục hình vẽ

Mục lục bảng



[2]


LỜI NÓI ĐẦU



 Trong xã hội hiện đại ngày nay,cụm từ KỸ THUẬT SỐ khơng cịn xa lạ với
chúng ta,nó phổ biến đến mức hầu như gia đình nào cũng sở hữu ít nhất một thiết
bị kỹ thuật số,chẳng hạn:tivi,đầu đọc DVD,VCD,điện thoại di động…Vì thế sự
phát triển của chúng ngày đa dạng hơn,thông minh hơn phục vụ nhu cầu ngày
càng cao của con người.
 Là một sinh viên cơ điện tử mang trong mình niềm u thích,em cũng muốn đóng
góp một chút gì đó vào xu hướng trên.Vì vậy đề tài em chọn làm là một thiết bị
gia dụng hết sức phổ biến mà hầu như nhà nào cũng có,đó là quạt điện,đặc biệt là
quạt treo tường hoặc quạt trần vì được điều khiển từ xa nên khơng giới hạn vị trí
điều khiển.Thêm vào đó mạch cịn có khả năng hẹn giờ bằng điện tử khắc phục
được nhược điểm của bộ hẹn giờ cơ khí là gây ồn và hao mịn cơ khí,có khoảng
thời gian điều khiển rộng,được thiết lập hoàn toàn bằng bộ điều khiển từ xa.

 CHƯƠNG 1:

GIỚI THIỆU MẠCH

1.1. Lý thuyết
 Mạch điện là một modun rời có thể gắn thêm vào bất kỳ loại quạt nào có nguyên
tắc điều khiển tốc độ bằng nút nhấn từng bậc.

1.2. Mạch thực hiện chức năng:
 Điều khiển tắt mở.
 Hẹn giờ tắt.
 Hiển thị tốc độ hiện tại,thời gian của timer bằng LED 7 Đoạn.
 Điều khiển tốc độ,tắt mở,hẹn giờ bằng điều khiển hồng ngoại từ xa.

1.3. Các phương pháp thực hiện:
 Điều khiển từ xa bằng hồng ngoại sử dụng cặp IC chuyên dụng thu phát hồng
ngoại.Các ngõ ra của IC giải mã được dùng để điều khiển các khối thực hiện
chức năng trên.
 Hẹn giờ tắt mở: sử dụng IC đếm BCD lên xuống.Đếm lên để đặt giờ,


 Đếm xuống để bộ timer có thể đếm ngược tắt quạt.
 Điều khiển tốc độ,tắt mở quạt thông qua hệ thống RELAYS được điều khiển bằng
mạch logic.

 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH SƠ ĐỒ KHỐI
2.1. Sơ đồ khối:


2.2. Phân tích từng khối:
 Nguồn:nhiệm vụ chỉnh lưu điệu AC thành DC ổn áp ở 5V làm nguồn nuôi cho cả
hệ thống điều khiển (ngoại trừ remote dùng pin).
 Remote điều khiển:tạo và phát mã ứng với từng nút được nhấn.

 Mắt thu và giải mã:tách sóng mang và giải mã đưa ra tín hiệu điều khiển.
 Điều khiển chọn tốc độ:khi có 1 số được điều khiển trong các số 1,2,3 thì 2 số
cịn phải tắt,tránh hiện tượng nóng lên do ngắn mạch dòng điện cảm ứng.
 Timer: hẹn giờ tắt quạt.
 Hiển thị: hiển thị thời gian của timer thông qua 3 led 7 đoạn nhỏ, hiển thị tốc độ
hiện tại của quạt thông qua 1 led 7 đoạn lớn hơn.
 Giao tiếp relays: cách li giữa mạch điều khiển với mạch động lực dùng nguồn
AC220V.




 Chương 3: GIỚI THIỆU LINH KIỆN
3.1. Cầu diode:



 Sử dụng cầu diode dạng tròn,dòng chịu đựng 1A.

3.2. IC ổn áp 7805.

Sử dụng 7805 dạng TO dòng tối đa chịu được 1A.


3.3. Mắt nhận hồng ngoại:



Mắt nhận hồng ngoại là một IC tích hợp được dùng để thu và tách
sóng hồng ngoại.Bởi vì sóng hồng ngoại truyền đi đã được điều chế với

sóng mang,vì vậy cần có mạch tách sóng để thu được tín hiệu cần thiết
cho IC giải mã.




3.4. Cặp IC thu phát PT2248-PT2249
 3.4.1. Giới thiệu IC phát PT2248:

a, Chức năng từng chân:
 VSS/VDD tương ứng là GND/VCC.


 TXOUT:ngõ ra của mã điều khiển đã được điều chế.
 XT:chân kết nối với thạch anh 455KHz.
 TEST:
 T(1..3) kết hợp với K(1..6) tạo thành ma trận phím 18 phím nhấn.
b,Chia làm 3 nhóm phím tương ứng với T1,T2,T3:
 Nhóm phím T1:gọi là nhóm phím liên tục.Khi nhấn phím chuỗi mã sẽ được phát
ra liên tục,bên nhận ngõ ra ứng với nhóm phím
 T1 sẽ được giữ ở mức tích cực đến khi bng phím.Trong nhóm phím này các
phím sẽ khơng có thứ tự ưu tiên,tức có thể nhấn 2 phím cũng 1 lúc.
 Nhóm phím T2 và T3:khi nhấn những phím thuộc nhóm này chuỗi mã chỉ được
phát đi 1 lần cho dù có được giữ hay khơng.Nhóm phím này khơng có thứ tự ưu
tiên,phím nào nhấn trước thì tác động trước.
 Khi có phím nhóm T1 và T2(T3) được nhấn cùng lúc thì ngõ ra sẽ phát chuỗi mã
của T2x(T3x) liên tục theo từng chu kỳ.
 Thứ tự ưu tiên:T1>T2>T3
 CODE: chân tạo mã người dùng.Mã này dùng để phân biệt đối tượng phát hoặc
nhận khi có nhiều nguồn phát hoặc nguồn nhận.

 Ở PT2248 có 3 bit mã người dùng: C1,C2,C3.Để bên phát và bên nhận hiểu nhau
thì mã này ở 2 bên phải giống nhau. Cách tạo mã:
 “=1”:có nối diode “=0”: khơng nối







 3.4.2. Giới thiệu IC thu: PT2249

a, Chức năng từng chân:
 VSS/VDD:tương ứng với GND/VCC.
 RxIN: ngõ vào tín hiệu.
 CODE1,CODE2: 2 chân dùng để thiết lập mã người dùng cho tương thích
 với bên phát. Cách thiết lập:
 OSC: ngõ vào kết nối bộ dao
kết nối theo datasheet:

 HPx: các ngõ ra tác động của các phím liên
Các ngõ ra tác động mức cao.
 SPx: các ngõ ra tác động của các phím tác
tuần tự. Khi có phím ấn ngõ ra sẽ lên 1 tồn tại
107ms rồi xuống 0 bất chấp phím nhấn.

động RC. Được

tục.
động

trong


b, Dạng sóng khi thu phát:


 a:khoảng thời gian của 1
bit:
a = × 192.
 C1,C2,C3:bit mã người
dùng,C1 ln bằng 1.
H:bit báo tín hiệu là liên
tục(mã của phím cột T1).
 S1,S2:bit báo tín hiệu là
khơng liên tục(mã của
phím cột T2 hay T3).
D1..D6:6 bit mã phím
được nhấn.
 Tín hiệu khơng liên tục:

 Khi nhấn phím chỉ truyền
2 từ lệnh.Bên thu chỉ giải
mã khi 2 từ lệnh nhận
được là giống nhau.
 Tín hiệu liên tục:

 Giống như phím không
liên tục mỗi lần truyền đi
cũng truyền 2 từ lệnh
nhưng 2 từ lệnh sẽ được

truyền lặp lại sau khoảng
thời gian 208a.

3.5. Flip-flop D: 4013
Hình 3.5: Cấu tạo Fip – flop D 4013


3.6. Cổng OR: 4075
Hình 3.6: Cấu tạo cổng OR 4075

3.7. Cổng OR: 7432


Hình 3.7: Cấu tạo cổng OR 7432

3.8. IC đếm lên/xuống giải mã led 7 đoạn:HCF40110
Giới thiệu IC:

Hình 3.8: Cấu tạo IC HCF40110
 Chức năng từng chân:
 VSS/VDD:tương ứng GND/VCC.
 Clock up/clock down:ngõ vào xung CK của bộ đếm lên/xuống.
 Carry/borrow:ngõ ra tràn của bộ đếm lên/xuống.Dùng để kết nối các
 IC đếm.
 RESET:tích cực mức cao.Khi được tác động ngõ ra hiển thị số 0.
 LATCH ENABLE:cho phép chốt,tích cực mức cao.Khi được tác
 động ngõ ra hiển thị giữ nguyên,nhưng bộ đếm vẫn hoạt động.
 a,b,c,d,e,f,g: ngõ ra để kết nối với led 7 đoạn CC.

Bảng 3.8: Bảng trạng thái của IC

3.9. NE555:
Hình 3.9: Cấu tạo NE555

3.10. Các linh kiện phụ khác:
 Led 7 đoạn:sử dụng 4 led
 3 led K chung loại nhỏ dùng để hiển thị thời gian của timer.
 1 led A chung để hiển thị tốc độ quạt.
 Diode :
 Dùng để giải mã led 7 đoạn sử dụng loại 1N4148,mục đích giảm giá thành,ít tốn
diện tích.
 Dùng bảo vệ: sử dụng loại 1N4007 có dịng chịu đựng 1A.
 Điện trở dùng toàn bộ loại 1/4W.





Chương 4: THIẾT KẾ MẠCH
4.1. Mạch điều khiển từ xa: sử dụng cặp IC thu phát IR chuyên dụng
PT2248-PT2249 Mạch phát:
4.1.1. Dùng IC thiết kế mạch phát:
 Chọn mã người dùng C1 = C2 = C3 = 1
 Mạch phát cần có 6 nút điều khiển tuần tự,khơng cần ưu tiên cũng như phát liên
tục.Chọn nhóm điều khiển T2,nhưng bên thu dùng PT2249 chỉ có 5 ngõ ra tương
ứng 5 nút đầu tiên của nhóm T2,vì vậy phải dùng thêm 1 nút ở nhóm 1 làm nút
điều khiển set giờ.
 Remote có thể cầm di động được nên phải dung nguồn pin 3V.
 Ngõ ra của PT2248 có dịng tải tối đa -5mA→khơng đủ để dịng để kéo led phát

hồng ngoại.Dùng transistor pnp A1015 để nâng dịng,để led phát có thể phát
mạnh hơn và có thể kéo thêm 1 led tín hiệu ta kết nối kiểu Darlington với 1
transistor npn C828.

Hình 4.1.1: Sơ đồ thiết kế mạch phát


4.1.2. Mạch thu:
 Dùng IC thiết kế mạch thu:
 Chọn mã người dùng C1=C2=C3=1.
 Có 6 ngõ ra:5 ngõ ra SPx,với 1 ngõ ra HP1.
 Ngõ vào tín hiệu được lấy từ IC thu hồng ngoại.IC thu hồng ngoại có nhiệm vụ
thu và tách sóng mang.
 Ngõ ra của IC bình thường mức 1 khi có tín hiệu sẽ xuống mức 0.Trong khi đó
mức tích cực ngõ vào IC PT2249 tích cực mức cao.Vì vậy tín hiệu từ IC thu đến
PT2249 phải qua 1 cổng NOT.
 Cổng NOT có thể dùng transistor mắc theo kiểu CE để đở tốn IC.Các giá trị điện
trở tính tốn sao cho transistor dẫn bão hịa.

Hình 4.1.2: Sơ đồ thiết kế mạch thu


4.2. Mạch điều khiển lựa chọn tốc độ:
4.2.1. Yêu cầu của mạch:
 Khi có tín hiệu điều khiển chọn một nút tốc độ,hai nút còn lại phải được tắt
đi.Tránh trường hợp 2 nút tốc độ cùng được chọn gây nóng và cháy cuộn dây
động cơ.
4.2.2. Thiết kế mạch điều khiển:
 Mạch sử dụng 3 Flip Flop D,ngõ vào D của 3 Flip-flop được đưa vào mức 1. Khi
có tín hiệu điều khiển chọn một chọn một tốc độ thì FF tương ứng sẽ dịch bit 1 ra

Q làm đóng relay điều khiển tương ứng với số được chọn.Đồng thời 2 Flip-flop
còn lại phải được reset để ngõ ra Q về 0.
 Flip-flop D sử dụng IC họ CMOS 4013. Để điều khiển reset các Flip-flop khi có
tín hiệu điều khiển của 1 trong 2 Flip-flop cịn lại hoặc khi có tín hiệu tắt ta có
bảng trạng thái:
INPU
T
OFF

Số1

0

OUTPUT

Số2

Số3

RES1 RES2 RES3 Q1

Q2

Q3

_∏_

0

0

0

_∏_

_∏_

1

0

0

0

0

_∏_

0

_∏_

0

_∏_

0

1

0

0

0

0

_∏_

0

0

0

0

0

1

_∏_

X

X

X

_∏_

_∏_

0

0

0

0

Bảng 4.2.2: Bảng trạng thái
 Dựa vào bảng trạng thái ta có thể xây dựng hàm như sau:
 RES1=OFF+SỐ2+SỐ3
 RES2=OFF+SỐ1+SỐ3
 RES3=OFF+SỐ2+SỐ1



Bảng 4.2.2: Sơ đồ thiết kế mạch điều khiển lựa chọn tốc độ

4.3. Thiết kế mạch giao tiếp AC220~ và hiển thị tốc độ:
 Giao tiếp AC dùng relay 5VDC,có diode 1N4007 chống dòng ngược làm hư
transistor.
 Điện trở relay tra datasheet và kết quả đo thực tế là 130ohm.Vậy dòng hoạt động
của relay:
= 38mA ≃ 40mA
 Phần hiển thị dùng 1 led 7 đoạn CA để hiển thị số 1,2,3.Muốn sáng đoạn nào thì

kéo đoạn đó xuống mass.Ví dụ muốn hiển thị số 1 ta cho b=c=0,để hiển thị được
nhiều số ta có thể ghép các diode như hình.
 Dịng qua mỗi led khoảng 10-20mA,ta chọn 15mA.Khi đó giá trị điện trở cần:
= 333oℎm ≃ 330oℎm
 Dòng tổng cực đại khi điều khiển sáng số 2 hoặc 3.Khi đó sẽ có 5 đoạn sáng, vậy
dịng kéo sẽ là:
5 × 15 = 75mA
 Tính dịng để chọn transistor điều khiển.Dịng qua mỗi transistor cực đại sẽ bằng:
 Dòng relay + dòng tổng led 7 đoạn = 40+75 = 115mA Vậy chọn transistor điều
khiển là D468 có dịng ICmax=500mA.


Hình 4.3: Mạch giao tiếp hiển thị tốc độ

4.4. Mạch hẹn giờ timer:
4.4.1. Yêu cầu hoạt động:
 Mạch có thể hẹn giờ tắt,hiển thị thời gian hẹn bằng 3 led 7 đoạn.
 Đặt giờ bằng 1 nút nhấn,mỗi lần đặt tăng 10 phút,có nút nhấn bật tắt chế độ timer
để hoạt động bình thường,có thể reset timer hay tắt quạt khi timer đang hoạt
động.
 Khi mạch đang ở chế độ timer thì khơng thể thay đổi thời gian đặt,cũng như
 Khi đang đặt giờ thì timer khơng hoạt động.
4.4.2. Cấu tạo:
 Mạch có 2 phần chính:đếm hiển thị và tạo xung Ck và khống chế mạch đếm.
4.4.3. Thiết kế mạch đếm:
 Sử dụng IC đếm lên xuống,giải mã led 7 đoạn:HCF40110
 Mạch vừa có thể đếm lên,vừa có thể đếm xuống sử dụng 3 led 7 đoạn nên sẽ có
tổng cộng là 3 IC đếm,được kết nối như sau:

 Hình 4.4.3a: Sơ đồ nối mạch đếm


 Trong đó sẽ có IC đếm theo đơn vị: chục,trăm.
 Khi timer hoạt động mỗi lần đếm sẽ giảm đi 1 phút cho đến khi tất cả các giá trị
đếm về 0, nếu tiếp tục có thêm 1 xung khi đó ở ngõ ra BORROW của IC đếm
hàng trăm sẽ xuất ra 1 xung, xung này dùng để dừng việc đếm của timer và tác
động làm tắt quạt.
 Khi đặt giờ cho timer mỗi lần đặt sẽ tăng 10 phút,tức sẽ đặt được 10,20,30.. phút
chứ khơng có giờ lẻ.Để làm được điều này,thay vì cấp xung CK đếm lên (xung
này nhận được từ nút nhấn của bộ điều khiển) cho IC đếm hàng đơn vị ta sẽ cấp
xung này cho IC đếm hàng chục đồng thời reset IC đếm hàng đơn vị.
 Các chân LE(latch enable),ENA(toggle enable) không sử dụng nên được nối
mass. Các điện trở hạn dịng dùng loại 330ohm tính toán như trên.


 Hình 4.4.3b: Sơ đồ thiết kế mạch đếm


 Mạch đếm coi như đã hoàn thành,bây giờ đến phần khống chế mạch đếm.
 Mạch đếm chạy ở 2 chế độ:timer đếm ngược hoặc dừng để thiết đặt thời
gian,nhưng chỉ có 1 nút nhấn để chọn,sử dụng 1 Flip-Flop D có D=Q\ để lật trạng
thái chọn chế độ. Ta có bảng trạng thái làm việc:



 OUT

INPUT



FF



PUT

O  Q  Q
C  C 
(timer)
\(set)
kUp
kDn
CPU
0 

0 

1
_∏_



0 

1 

0
_∏_



0 

1 

0
_∏_



1 

X 

X


∏_



_ 

∏_

X

CPD





_

Ngõ
ra

1 

_∏_



TPD

Đếm 
lên

1 

∏_





_∏_

_

1 
_∏_

X

X



1

Đếm 

xuống

1



MR


0


0



000





X 

X





0

X







 Hình 4.4.3c: Bảng trạng thái làm việc

1

1

 OFF:nút nhấn OFF để tắt quạt đồng thời tắt bộ timer. Q,Q\:chọn chế độ timer hay
set.
 Ck Up:nguồn xung CK đếm lên để set thời gian. Xung này lấy từ khối điều khiển
từ xa. Ck Dn: nguồn xung CK đếm xuống cho timer hoạt động, chu kỳ 1 xung là
1 phút.
 CPU: ngõ vào xung CK đếm lên của timer. CPD: ngõ vào xung CK đếm xuống
của timer.
 TPD: ngõ ra tràn đếm xuống của IC đếm hàng trăm, dùng để tác động khi timer
đếm xong.
 MR: master reset - reset 3 IC đếm.
 Dựa vào bảng trạng thái ta sẽ xây dựng các hàm logic: CPU=CkUp+Q
 CPD=CkDn+Q\ MR=not(TPD)+OFF
 Trong mạch chỉ dùng 1 cổng NOT nên để tiết kiệm IC ta dùng 1 transistor để thay
thế cổng NOT.


 Nguyên lý hoạt động cổng NOT:
 Khi TCD=”1” transistor ngưng dẫn TCD\=”0” do được nối mass qua điện trở
4.7K. Khi TCD=”0” transistor dẫn TCD\=”1”.
 Sơ đồ mạch:

 Sử dụng 1 led 2 màu để báo trạng thái timer hay set.


 4.4.4. Mạch tạo xung clock 1 phút:
 Sử dụng IC555 để tạo xung.

 Chu kỳ xung được tính theo cơng thức T(s) = 0.693 × (Ra + 2Rb) × C
 Với chu kỳ 1 phút = 60s ta chọn C=100µF, Rb=390K: ta tính được Ra=85.8K.
 Ra sử dụng biến trở 100K để tăng sự chính xác.
 Trong ứng dụng này ta chỉ quan tâm đến chu kỳ xung nên không cần sử dụng
chân số 5- modunlation, nối chân 5 qua tụ 0.1µF xuống mass.

 Hình 4.4.4: Sơ đồ thiết kế mạch tạo xung clock 1 phút

4.5. Mạch nguồn:
 Sử dụng nguồn có điện áp chuẩn 5V.Tính cơng suất bộ nguồn:
 Cơng suất cực đại đạt được khi cấp nguồn cho toàn bộ IC, 4 led 7 đoạn cùng sáng
hết, và 1 relay hoạt động:
 Tổng số linh kiện cùng dòng tiêu thụ từng linh kiện trong mạch: (thơng số được
tính là dịng tĩnh ở 25oC)
 3 IC 40110 Imax=20µA
 2 IC 4013 Imax=1µA
 1 IC 7432 Imax=1mA
 1 IC 4075 Imax=1µA
 1 IC 555
Imax=6mA
 1 IC PT2249 chọn Imax=5mA
 4 led 7 đoạn 15mA × 4led × 7thanh = 420mA
 1 relay (cùng thời điểm chỉ có 1 relay hoạt động)
 Imax= 40mA
 2 led hiển thị.
Imax=15mA × 2 = 30mA.
 Dịng tải tổng cực đại:
 Itotal max= 20µA + 1µA + 1mA + 1µA + 6mA + 5mA + 420mA +40mA +
30mA≃500mA
 Vậy chọn 1 IC ổn áp 7805 có tản nhiệt dòng chịu tối đa là 1A,cầu diode 1A.

 Mỗi IC sử dụng 1 tụ lọc nguồn tại nguồn vào của IC: sử dụng tụ loại không phân
cực 0.1µF. Vậy cần 8 con tụ.

 Hình 4.5: Sơ đồ thiết kế mạch nguồn