Thiết Kế Hệ Thống Rửa Tay Tự Động.pdf

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
----------

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1
THIẾT KẾ HỆ THỐNG RỬA TAY TỰ ĐỘNG
GVHD: TS. Đặng Quang Đồng
SVTH: Nguyễn Hữu Đức
Nguyễn Xuân Đức
Lê Xuân Giang
Phan Thị Thu Hân
LỚP: 122201

Hưng yên, năm 2021


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................

............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
............................................................................................................................................
....................................................................
Ngày ... Tháng... Năm 20
Giáo Viên Hướng Dẫn


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Lời nói đầu
Trong thời đại hiện nay, khoa học kỹ thuật phát triển từng ngày. Song hành với các
thành tựu về khoa học công nghệ thì việc ứng dụng các thành tựu ấy vào cuộc sống
là điều cần thiết. Đặc biệt là sự phát triển của ngành kỹ thuật điện tử, đã tạo ra hàng
loạt các thiết bị có độ chính xác cao, gọn nhẹ và ứng dụng của chúng ngày càng được
mở rộng. Ngành tự động hóa ngày càng trở nên phát triển, mọi thiết bị trong đời sống
thường ngày có được điều khiển một cách tự động giúp ích cho người dân rất nhiều.
Vậy nên tạo ra những hệ thống thiết bị hiện đại đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng trở
nên rất cần thiết.
Xuất phát từ lý do trên và những kiến thức chúng em có được trong q trình học

tập và nghiên cứu, đặc biệt là được sự hướng dẫn của thầy Đặng Quang Đồng đã giao
cho chúng em nghiên cứu đề tài: “Thiết kế hệ thống rửa tay tự động”. Chúng em
nghĩ đây là cơ hội cho chúng em được học tập nghiên cứu tiếp xúc với nền khoa học
và cơng nghệ của thời đại mới.
Do cịn hạn chế về sự hiểu biết và thời gian cùng với tình hình dịch bệnh chung ,
nên trong thời gian tìm hiểu, nghiên cứu và thuyết minh đề tài không tránh khỏi sai
sai sót. Chúng em mong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy cơ và bạn bè để
đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ................................................................

1

1.1. Tìm hiểu hệ thống rửa tay tự động ...................................................................................... 1
1.2. Tìm hiểu một số thiết bị và linh kiện điện tử....................................................................... 1
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG RỬA TAY TỰ ĐỘNG ........................................... 14
2.1. Phân tích và mô phỏng mạch .............................................................................................. 14
2.1.1. Sơ đồ khối ...................................................................................................................... 14
2.2. Thiết kế và chế tạo mạch ..................................................................................................... 15
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................................................................................. 16
Kết luận.......................................................................................................................................... 16
Hướng phát triển .......................................................................................................................... 16
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 18

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Danh mục hình ảnh
Hình 1.1: Hình ảnh thực tế của điện trở ......................................................................................2
Hình 1.2: Ký hiệu theo tiêu chuẩn EU và US .............................................................................2
Hình 1.3: Hình ảnh cảm biến hồng ngoại ....................................................................................5
Hình 1.4: Ngun lí hoạt động của transistor NPN ...................................................................6
Hình 1.5: Cấu tạo của transistor NPN .........................................................................................6
Hình 1.6: Sơ đồ mạch bán dẫn NPN ............................................................................................7
Hình 1.7: Sơ đồ mạch bóng bán dẫn NPN ..................................................................................7
Hình 1.8: Sơ đồ chân cực âm dương của diode 1N4007 ...........................................................9
Hình 1.9: Sơ đồ chân của IC 741 .............................................................................................. 10
Hình 1.10: Cách một relay liên kết hai mạch với nhau .......................................................... 12
Hình 2.1: Sơ đồ ngun lí của máy rửa tay tự động ............................................................... 14
Hình 2.2: Cắm và chạy thử trên board mạch ........................................................................... 15


ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Tìm hiểu hệ thống rửa tay tự động
Trên thực tế hiện nay, chúng ta có thể dễ dàng bắt gặp hình ảnh những thiết bị rửa
tay tự động sử dụng rộng rãi ở khắp mọi nơi, dễ thấy nhất là tại những nơi công cộng
như các khu vệ sinh trong các khu trung tâm thương mại, rạp chiếu phim, khu vui chơi.

Nhìn qua ta có thể hiểu chúng được sản xuất để giúp cho việc rửa đôi bàn tay của mình
mà khơng cần phải tiếp xúc với bề mặt thiết bị, tránh được việc vơ tình lây nhiễm vi
khuẩn. Nhưng là những sinh viên ngành kỹ thuật, chúng em muốn tìm hiểu sâu hơn về
nguyên lý hoạt động, cấu tạo các bộ phận và vai trò của các bộ phận hình thành nên một
hệ thống rửa tay tự động.
Một hệ thống rửa tay tự động được chế tạo khá công phu, dựa trên sự hoạt động
của hệ thống cảm biến để điều khiển mạch máy bơm. Nhờ sự phát triển ngày càng cao
của ngành kĩ thuật điện điện tử và thế giới đang tiến bước trên nền công nghiệp 4.0 nên
mọi thứ đều đang dần tự động hóa, dẫn đến cảm biến là quan trọng. Nhờ có hệ thống
cảm biến mà chúng em có thể tạo ra một hệ thống rửa tay có thể tự động phục vụ con
người.
1.2. Tìm hiểu một số thiết bị và linh kiện điện tử
a) Điện trở
Điện trở (Resistor) là một linh kiện điện tử thụ động gồm 2 tiếp điểm kết nối,
thường được dùng để hạn chế cường độ dòng điện chảy trong mạch, điều chỉnh mức độ
tín hiệu, dùng để chia điện áp, kích hoạt các linh kiện điện tử chủ động như transistor,
tiếp điểm cuối trong đường truyền điện và có trong rất nhiều ứng dụng khác. Điện trở
cơng suất có thể tiêu tán một lượng lớn điện năng chuyển sang nhiệt năng có trong các
bộ điều khiển động cơ, trong các hệ thống phân phối điện. Các điện trở thường có trở
kháng cố định, ít bị thay đổi bởi nhiệt độ và điện áp hoạt động. Biến trở là loại điện trở
có thể thay đổi được trở kháng như các núm vặn điều chỉnh âm lượng. Các loại cảm biến
có điện trở biến thiên như: cảm biến nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, lực tác động và các
phản ứng hóa học.

1


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Hình 1.1: Hình ảnh thực tế của điện trở

Điện trở là loại linh kiện phổ biến trong mạng lưới điện, các mạch điện tử, Điện trở
thực tế có thể được cấu tạo từ nhiều thành phần riêng rẽ và có nhiều hình dạng khác
nhau, ngồi ra điện trở cịn có thể tích hợp trong các vi mạch IC.
Điện trở được phân loại dựa trên khả năng chống chịu, trở kháng…. tất cả đều được
các nhà sản xuất ký hiệu trên nó.
*) Ký hiệu– Quy ước:
- Ký hiệu của điện trở trong một Sơ đồ mạch điện thay đổi tùy theo tiêu chuẩn của
mỗi quốc gia. Có hai loại phổ biến như sau: kí hiệu điện trở kiểu Mỹ và kí hiệu điện trở
theo kiểu (IEC)

Hình 1.2: Ký hiệu theo tiêu chuẩn EU và US

- Các giá trị ghi trên điện trở thường được quy ước bao gồm 1 chữ cái xen kẽ với các
chữ số theo tiêu chuẩn IEC 6006 được dùng để thuận tiện trong đọc ghi các giá trị người
ta phân cách các số thập phân bằng một chữ cái. Ví dụ 8k2 có nghĩa là 8.2 kΩ. 1R2 nghĩa
là 1.2 Ω, và 18R có nghĩa là 18 Ω.
*) Đơn vị điện trở: Ohm (ký hiệu: Ω)
Là đơn vị trong hệ SI của điện trở, được đặt theo tên Georg Simon Ohm. Một ohm
tương đương với vơn/ampere. Các điện trở có nhiều giá trị khác nhau gồm milliohm (1
mΩ = 10−3 Ω), kilohm (1 kΩ = 10 3 Ω), và megohm (1 MΩ = 10 6 Ω).
*) Nguyên lý hoạt động điện trở
- Đặc tính của một điện trở lý tưởng được biểu diễn bởi định luật Ohm như sau:V=IR
- Định luật Ohm nói rằng: điện áp (V) đi qua điện trở tỉ lệ thuận với cường độ dòng
điện (I) và tỉ lệ này là một hằng số điện trở (R).
- Nguyên lý hoạt động điện trở:

2

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

- Ví dụ: Nếu một điện trở 300 Ohm được nối vào điện áp một chiều 12V, thì cường
độ dịng điện đi qua điện trở là 12 / 300 = 0.04 Amperes.
- Điện trở thực tế cũng có một số điện cảm và điện dung có ảnh hưởng đến mối
quan hệ giữa điện áp và dòng điện trong mạch xoay chiều hiện nay.
*) Cách đọc điện trở
- Điện trở 4 vòng màu

- Vòng A, B chỉ trị số tương ứng với màu.
- Vòng C chỉ hệ số nhân.
- Vòng D chỉ sai số.

Màu

Vòng A, B

Vòng C

Vòng D

Đen

0

x10 0 = x1

………

Nâu

1

x10 1 = x10

+ 1%

Đỏ

2

x10 2 = x100

+2%

Cam

3

x10 3 = x1000

+ 3%

Vàng

4

x10 4 = x10000

...........

Lục

5

x10 5 = x100000

………

Lam

6

x10 6 = x1000000

………

Tím

7

x10 7 = x10000000

………

Xám

8

x10 8 = x100000000

………

Trắng

9

x10 9 = x1.000000000

………

Vàng nhũ

..................

x10 -1 = x0,1

+ 5%

Bạc

................

x10 -2 = x0, 01

+ 10%

Màu thân điện

..................

…………………….........................

+ 20%

trở

................

.....

………
……....

3


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

+) Điện trở ở vị trí bên trái có giá trị được tính như sau:
R=45×102Ω=4,5KΩ
Bởi vì vàng tương ứng với 4, xanh lục tương ứng với 5, và đỏ tương ứng với giá trị số
mũ 2. Vòng màu cuối cho biết sai số của điện trở có thể trong phạm vi 5% ứng với màu
kim loại vàng.

+) Điện trở ở vị trí giữa có giá trị được tính như sau:
R=380×103Ω=380KΩ
Bởi vì cam tương ứng với 3, xám tương ứng với 8, đen tương ứng với 0, và cam
tương ứng với giá trị số mũ 3. Vòng cuối cho biết giá trị sai số là 2% ứng với màu đỏ.
+) Điện trở ở vị trí bên phải có giá trị được tính như sau:
R=527×104Ω=5270KΩ
Bởi vì xanh lục tương ứng với 5, đỏ tương ứng với 2, và tím tương ứng với 7, vàng
tương ứng với số mũ 4, và nâu tương ứng với sai số 1%. Vòng màu cuối cho biết sự thay
đổi giá trị của điện trở theo nhiệt độ là 10 PPM/°C.
Lưu ý:
- Để tránh lẫn lộn trong khi đọc giá trị của các điện trở, đối với các điện trở có tổng
số vịng màu từ 5 trở xuống thì có thể khơng bị nhầm lẫn vì vị trí bị trống khơng có vịng
màu sẽ được đặt về phía tay phải trước khi đọc giá trị. Cịn đối với các điện trở có độ
chính xác cao và có thêm tham số thay đổi theo nhiệt độ thì vịng màu tham số nhiệt sẽ
được nhìn thấy có chiều rộng lớn hơn và phải được xếp về bên tay phải trước khi đọc giá
trị.
- Do các điện trở cố định thường có sai số đến 20%, tức là có thể biến đổi xung
quanh trị số danh định đến 20%. Cho nên không cần thiết phải có tất cả các trị số 10, 11,
12, 13, … Mặt khác các mạch điện thông thường đều cho phép sai số theo thiết kế. Nên
chỉ cần các trị số 10, 15, 22, 33, 47, 68, 100, 150, 200, … là đủ.
b) Cảm Biến Hồng Ngoại
Cảm biến hồng ngoại là chữ viết tắt của Passive InfraRed sensor tức là bộ cảm biến
bị động tiêu dùng kích thích là tia hồng ngoại. Tia hồng ngoại chính là các tia nhiệt được
phát ra trong khoảng các nóng. Thân nhiệt ở cơ thể người thông thường là 37 độ C và
trong cơ thể ln phát ra những tia nhiệt hay cịn được gọi là các tia hồng ngoại . Và từ
đó chúng sẽ dùng 1 tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt ra dạng dấu hiệu điện và nhờ đó
mà với thể khiến cảm biến phát hiện được các vật thể đang di chuyển đến.

4

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Hình 1.3: Hình ảnh cảm biến hồng ngoại

*) Nguyên lý hoạt động: Mọi vật thể đều có thể phát ra được một loại tia được gọi là
tia hồng ngoại. Và bản thân con người cũng phát ra tia nhiệt – tia hồng ngoại. Cảm biến
hồng ngoại sẽ nhận biết được sự có mặt của nguồn nhiệt thông qua các tia hồng ngoại
và tự động cấp nguồn điện và báo động cho thiết bị đèn chiếu sáng. Cảm biến hồng
ngoại có nhạy hay khơng là dựa vào nhiệt độ của môi trường. Nhiệt độ môi trường càng
thấp thì cảm biến hồng ngoại có độ nhạy cao hơn.
*) Ứng dụng của cảm biến hồng ngoại:
- Cảm biến hồng ngoại là thiết bị có nhiều tính năng nổi bật như: bật tắt đèn tự
động, báo trộm, mở cửa tự động…
- Cảm biến hồng ngoại giúp bật tắt đèn tự động: Với chức năng bật đèn tự động khi
có người bước vào thì cảm biến hồng ngoại tự động đèn sẽ sáng lên. Và khi người di
chuyển đến đâu thì đèn sẽ sáng đến đó. Vì thế mà ở các không gian lắp đặt thiết bị cảm
biến hồng ngoại ở những vị trí như hành lang dùng bật đèn chiếu sáng lối đi hoặc nhà vệ
sinh sẽ giúp cho các khơng gian đó được chiếu sáng ln.
- Cảm biến hồng ngoại giúp chống trộm: So với các thiết bị chống trộm khác thì việc
sử dụng thiết bị cảm biến hồng ngoại giúp chống trộm tốt nhất, bảo vệ được gia đình.
Bởi khi đêm đến nếu có trộm bước vào nhà hay đi qua sân vườn, ban công của nhà bạn,
đi ngang qua mắt cảm ứng mà trộm không xác định được vị trí lắp đặt của cảm biến thì
thiết bị hú cịi và ngay lúc đó thì chủ nhà biết có trộm để đề phịng và có biện pháp xử lý
kịp thời
- Cảm biến hồng ngoại giúp mở cửa tự động: Hiện nay có nhiều thiết bị cảm biến
hồng ngoại được lắp đặt kèm theo chế độ mở cửa tự động giúp cho người dùng có thể
tiện lợi và linh hoạt hơn khi sử dụng và lắp đặt các thiết bị.

5


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

c) Transistor NPN
Định nghĩa: Các transistor trong đó một nguyên liệu loại p được đặt giữa hai vật liệu
loại n được gọi là transistor NPN . Transistor NPN khuếch đại tín hiệu yếu đi vào cơ sở và
tạo ra tín hiệu khuếch đại mạnh ở đầu thu. Trong bóng bán dẫn NPN, hướng chuyển
động của một electron là từ vùng phát đến vùng thu do đó dịng điện cấu thành trong
bóng bán dẫn. Loại bóng bán dẫn như vậy chủ yếu được sử dụng trong mạch vì các hạt
mang điện đa số của chúng là các electron có độ linh động cao so với lỗ trống.

Hình 1.4: Ngun lí hoạt động của trans is tor NPN

*) Cấu tạo Transistor NPN:
Transistor NPN có hai điốt được kết nối trở lại. Các diode ở phía bên trái được gọi là
một diode phát cơ sở và các điốt ở phía bên trái được gọi là diode collector -base. Những
tên này được đưa ra theo tên của các thiết bị đầu cuối.

Hình 1.5: Cấu tạo của trans is tor NPN

Transistor NPN có ba thiết bị đầu cuối, đó là bộ phát, bộ thu và cơ sở. Phần giữa của
bóng bán dẫn NPN được pha tạp nhẹ, và nó là yếu tố quan trọng nhất trong hoạt động
của bóng bán dẫn. Bộ phát được pha tạp vừa phải, và bộ thu được pha tạp nặng.
*) Sơ đồ mạch của bóng bán dẫn NPN
Sơ đồ mạch của bóng bán dẫn NPN được hiển thị trong hình dưới đây. Bộ thu và mạch cơ

sở được kết nối theo xu hướng ngược trong khi bộ phát và mạch cơ sở được kết nối theo

6


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

xu hướng thuận. Bộ thu ln được kết nối với nguồn cung cấp tích cực và cơ sở là nguồn
cung cấp âm để kiểm sốt trạng thái BẬT / TẮT của bóng bán dẫn.

Hình 1.6: Sơ đồ mạch bán dẫn NPN

*) Nguyên tắc hoạt động của Transistor NPN:
Sơ đồ mạch của bóng bán dẫn NPN được hiển thị trong hình dưới đây. Xu hướng
chuyển tiếp được áp dụng trên đường giao nhau của cơ sở phát và phân cực ngược
được áp dụng trên đường giao nhau của cơ sở thu. Điện áp phân cực thuận VEB nhỏ so
với điện áp phân cực ngược VCB .

Hình 1.7: Sơ đồ mạch bóng bán dẫn NPN

 Bộ phát của bóng bán dẫn NPN bị pha tạp nặng. Khi phân cực thuận được áp
dụng trên bộ phát, các hạt mang điện đa số di chuyển về phía gốc. Điều này làm cho
phát hiện tôi E . Các electron nhập vào vật liệu loại P và kết hợp với các lỗ trống.
 Cơ sở của bóng bán dẫn NPN được pha tạp nhẹ. Do đó chỉ có một vài electron
được kết hợp và còn lại cấu thành cơ sở hiện tại tơi B . Dịng cơ sở này đi vào khu vực
thu. Điện thế phân cực ngược của vùng collector áp dụng lực hấp dẫn cao lên các

7

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

electron chạm tới điểm tiếp giáp collector. Do đó thu hút hoặc thu thập các điện tử tại
bộ thu.
 Tồn bộ dịng phát ra được nhập vào cơ sở. Vì vậy, chúng ta có thể nói rằng dịng
phát là tổng của bộ thu hoặc dòng cơ sở.
 Trong hướng dẫn trước, chúng ta đã thấy rằng Transitor Bipolar hoặc BJT tiêu
chuẩn, có hai dạng cơ bản. Loại NPN ( Negative- Positive- N egative)và PNP (PositiveNegative- Positive)
 Cấu hình bóng bán dẫn được sử dụng phổ biến nhất là Transitor NPN. Chúng tôi
cũng học được rằng các mối nối của bóng bán dẫn lưỡng cực có thể bị sai lệch theo một
trong ba cách khác nhau – Cơ sở chung, Bộ phát chung và Bộ thu chung.
 Trong hướng dẫn này về các bóng bán dẫn lưỡng cực, chúng ta sẽ xem xét kỹ hơn
về cấu hình của Bộ phát chung chung Emitter sử dụng Transitor NPN lưỡng cực với một
ví dụ về việc chế tạo một bóng bán dẫn NPN cùng với các đặc tính dịng điện của bóng
bán dẫn được đưa ra dưới đây.
d) Diode 1N4007
1N4007 là một diode đa năng được sử dụng rộng rãi. Nó thường được dùng làm bộ
chỉnh lưu trong phần nguồn điện của các thiết bị điện tử để chuyển đổi điện áp AC
thành DC với các tụ lọc khác. Nó là một diode của dịng 1N400x, trong đó cũng có những
diode tương tự khác từ 1N4001 đến 1N4007 và sự khác biệt duy nhất giữa chúng là điện
áp ngược lặp lại tối đa.
Nó cũng có thể được sử dụng trong bất kỳ ứng dụng chung nào cần diode. Diode
1N4007 được chế tạo để làm việc với điện áp cao và nó có thể dễ dàng xử lý điện áp
dưới 1000V. Với dịng điện trung bình 1000mA hay 1A, cơng suất tiêu thụ 3W, kích
thước nhỏ và giá rẻ diode này rất lý tưởng cho nhiều ứng dụng khác nhau.
*) Tính năng / thơng số kỹ thuật

 Loại gói: DO-45 và SMDiphio
 Loại diode: diode ứng dụng chung chỉnh lưu silicon
 Điện áp ngược lặp lại tối đa là: 1000 V
 Dịng Fwd trung bình: 1000mA
 Dịng Fwd tối đa không lặp lại: 30A
 Công suất tiêu thụ tối đa là: 3W
 Nhiệt độ lưu trữ và hoạt động phải là: -55 đến +175 độ C.
 Sơ đồ chân cực âm dương của diode 1N4007

8


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Hình 1.8: Sơ đồ chân cực âm dương của diode 1N4007

 Thay thế và tương đương 1N4007
Nếu bạn đang làm việc dưới 400V thì bạn có thể sử dụng 1N4004, nếu dưới 600V sử
dụng 1N4005, nếu 800V sử dụng 1N4006, bởi vì những loại này hoàn toàn giống nhau về
các giá trị khác của 1N4007. Nhưng nếu bạn đang làm việc trên 800V và dưới 1000V bạn
có thể sử dụng diode HER208, HER158, FR207, FR107 làm tương đương. Nếu bạn đang
làm việc trên 1000V, bạn có thể sử dụng EM520, EM513 và 1N5399 để thay thế.
 Diode 1N4007 dùng làm gì
1N4007 có thể được sử dụng trong nhiều loại mạch. Nó thường được d ùng để chỉnh
lưu và cũng có thể được sử dụng trong bất kỳ mạch nào cần chặn điện áp, chặn xung
điện áp, …. Nó cũng có thể được sử dụng trong các mạch logic kỹ thuật số.
 Các ứng dụng
 Nguồn điện

 Bộ sạc pin
 Bộ nhân đôi điện áp
 Adapter
 Chỉnh lưu
 Bảo vệ linh kiện
 Chặn điện áp đến khi không cần thiết
 Cách chạy lâu dài an tồn trong mạch
Để có được thời gian chạy tối đa của diode, bạn nên giữ ở mức thấp hơn 30V đến
40V so với giá trị điện áp ngược lặp lại tối đa của nó và các giá trị khác. Ln nối đúng

9


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

cực, không chạy quá 1A tải. Không vận hành và lưu trữ ở nhiệt độ dưới -55 độ C và trên
+175 độ C.
e) IC Khuếch đại thuật toán
 Các IC khuếch đại thuật toán có nhiều ứng dụng trong các thiết bị điện tử từ dân
dụng, cơng nghiệp…
 IC khuếch đại thuật tốn thơng dụng hiện nay có giá bán rất rẻ. Các thiết kế hiện
đại đã được thiết kế chặt chẽ hơn trước đây, và một số thiết kế cho phép mạch điện chịu
đựng được tình trạng ngắn mạch đầu ra mà khơng làm hư hỏng.
 Trong đó IC 741 đã xuất hiện rất sớm, góp cơng lớn trong việc phát triển ứng
dụng IC thuật tốn.

Hình 1.9: Sơ đồ chân của IC 741

Chức năng các chân IC
 Chân 1: Chân chỉnh không
 Chân 2: Ngõ vào đảo
 Chân 3: Ngõ vào không đảo
 Chân 4: VEE chân nối đến đầu âm nguồn kép.
 Chân 5: Khơng dùng
 Chân 6: Tín hiệu ra
 Chân 7: Nguồn dương
 Chân 8: Không dùng
 Mặc dù các thiết kế có thể khác nhau giữa các sản phẩm và các nhà chế tạo,
nhưng tất cả các IC khuếch đại thuật tốn đều có chung những cấu trúc bên trong bao
gồm 3 tầng:
 Mạch khuếch đại vi sai: Tầng khuếch đại đầu vào — tạo ra độ khuếch đại tạp âm
thấp, tổng trở vào cao, thường có đầu ra vi sai

10


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

 Mạch khuếch đại điện áp: Tầng khuếch đại điện áp, tạo ra hệ số khuếch đại điện
áp lớn, độ suy giảm tần số đơn cực, và thường có ngõ ra đơn
 Mạch khuếch đại đầu ra: Tầng khuếch đại đầu ra, tạo ra khả năng tải dịng lớn,
tổng trở đầu ra thấp, có giới hạn dòng và bảo vệ ngắn mạch.
f) Relay
Relay là một công tắc điện từ được vận hành bởi một dịng điện tương đối nhỏ có
thể bật hoặc tắt một dòng điện lớn hơn nhiều. Trái tim của relay là một nam châm điện
(một cuộn dây trở thành một nam châm tạm thời khi dịng điện chạy qua nó). Bạn có

thể nghĩ về relay như một loại địn bẩy điện: Khi bật nó bằng một dịng điện nhỏ và nó
bật (“đòn bẩy”) một thiết bị khác sử dụng dòng điện lớn hơn nhiều.
Tại sao nó hữu ích? Như tên cho thấy, nhiều cảm biến là những thiết bị điện tử cực
kỳ nhạy cảm và chỉ tạo ra dòng điện nhỏ. Nhưng thường thì chúng ta cần chúng để điều
khiển những bộ máy lớn hơn sử dụng dòng điện lớn hơn. Relay thu hẹp khoảng cách, tạo
điều kiện cho dòng điện nhỏ kích hoạt dịng điện lớn hơn. Điều đó có nghĩa là relay có
thể hoạt động như cơng tắc (bật và tắt) hoặc là bộ khuếch đại (chuyển đổi dòng điện
nhỏ thành dòng lớn hơn).


Nguyên lý hoạt động của relay:
Khi dịng điện chạy qua mạch thứ nhất (1), nó kích hoạt nam châm điện (màu nâu).

Tạo ra từ trường (màu xanh) thu hút một tiếp điểm (màu đỏ) và kích hoạt mạch thứ hai
(2). Khi tắt nguồn, một lò xo kéo tiếp điểm trở lại vị trí ban đầu, tắt mạch thứ hai một lần
nữa.
Đây là một ví dụ về rơ le “thường mở” (NO). Các tiếp điểm trong mạch thứ hai
không được kết nối theo mặc định và chỉ bật khi dòng điện chạy qua nam châm. Các rơ
le khác là “thường đóng” (NC). Các tiếp điểm được kết nối để dòng điện chạy qua chúng
theo mặc định) và chỉ tắt khi nam châm được kích hoạt, kéo hoặc đẩy các tiếp điểm ra
xa nhau. Thông thường rơle mở là phổ biến nhất.
Bên dưới là một hình ảnh động khác cho thấy cách một relay liên kết hai mạch với
nhau. Ở phía bên trái, có một mạch đầu vào được cung cấp bởi một công tắc hoặc một
loại cảm biến nào đó. Khi mạch này được kích hoạt, nó cung cấp dịng điện cho một nam
châm điện kéo cơng tắc kim loại đóng lại và kích hoạt mạch đầu ra thứ hai (ở phía bên
phải). Dịng điện tương đối nhỏ trong mạch đầu vào do đó kích hoạt dịng điện lớn hơn
trong mạch đầu ra.

11

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

Hình 1.10: Cách một relay liên kết hai mạch với nhau

 Relay hoạt động thế nào?
- Thứ nhất: Mạch đầu vào (vòng màu xanh) bị tắt và khơng có dịng điện chạy qua
cho đến khi một cái gì đó (có thể là cảm biến hoặc đóng cơng tắc) bật nó. Mạch đầu ra
(vịng lặp màu đỏ) cũng bị tắt.
- Thứ hai: Khi một dòng điện nhỏ chạy trong mạch đầu vào. Nó sẽ kích hoạt nam
châm điện (được hiển thị ở đây dưới dạng một cuộn dây màu xanh đậm). Và tạo ra một
từ trường xung quanh nó.
- Thứ ba: Nam châm điện năng lượng kéo thanh kim loại trong mạch đầu ra về phía
nó, đóng cơng tắc và cho phép dịng điện lớn hơn nhiều chạy qua mạch đầu ra.
- Thứ tư: Mạch đầu ra vận hành một thiết bị có dịng điện cao như đènhoặc động cơ
điện.
g) Máy bơm 1 chiều
Khái niệm máy bơm điện 1 chiều: Máy bơm điện 1 chiềusử dụng máy điện một
chiều. Máy điện một chiều được dùng trong giao thơng vận tải, cơng nghiệp, hóa chất,
hàn và trong nhiều đồ điện gia dụng… để làm máy phát điện hay động cơ điện máy bơm
nước.
+) Máy điện một chiều là máy có cấu tạo phức tạp vì cả hai phần tĩnh (stato) và phần
quay (roto) đều có dây quấn và được liên hệ với nhau qua chổi than và cổ góp điện nên
rất khó sử dụng, bảo dưỡng và khó sửa chữa nhưng lại có nhiều ưu điểm như sau:
+) Máy phát điện một chiều giúp cung cấp dịng điện trực tiếp cho cơng nghiệp điện
phân, đúc điện, mạ điện, nạp ắc quy hay dùng cho hệ thống tự động khống chế một
chiều…
+) Máy bơm nước loại một chiều có motor điện dùng nên dễ điều chỉnh tốc độ trong

phạm vi rộng, bằng phẳng liên tục, momen khởi động cao.

12


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

+) Nói về cấu tạo của động cơ điện bơm nước một chiều và máy phát điện một chiều
thì hồn tồn giống nhau. Hai dòng máy này đều dùng động năng kéo cho roto quay,
máy sẽ phát ra điện một chiều để thắp đèn và chạy máy. Ngược lại, khi cấp điện vào
máy bơm điện thì roto sẽ quay để kéo các máy cơng tác.
+) Máy điện một chiều khi sử dụng để làm động cơ điện máy bơm nước và nếu giữ
nguyên chiều dòng điện chạy trong dây quấn và tên các cực từ như ở máy phát điện thì
động cơ của máy sẽ quay ngược chiều với chiều quay khi làm máy phát điện.
+) Động cơ điện có phần chính bao gồm phần đứng yên (stator) và phần chuyển
động (rotor) luôn được quấn nhiều vịng dây dẫn hay có nam châm vĩnh cửu. Khi cuộn
dây trên roto và stato được nối với nguồn điện, xung quanh máy sẽ tồn tại các từ
trường, sự tương tác từ trường của rotor và stator tạo ra chuyển động quay của roto
quanh trục hay 1 momen.
Máy bơm điện 1 chiều động cơ DC:
Máy bơm điện 1 chiều sử dụng động cơ DC là động cơ điện được cung cấp bởi dòng
điện trực tiếp, chẳng hạn như từ nguồn pin hoặc từ nguồn DC. Tốc độ của động cơ DC
có thể được kiểm sốt bằng cách thay đổi điện áp. Ngược lại, nếu một động cơ AC được
cung cấp bởi dòng điện xoay chiều (AC) được xác định bởi điện áp và tần số.
Chính vì vậy mà các động cơ được cung cấp bởi AC yêu cầu thay đổi tần số để có thể
thay đổi tốc độ; việc này liên quan đến sự kiểm soát tốc độ phức tạp và tốn kém hơn.
Điều này khiến cho động cơ DC phù hợp hơn với các thiết bị từ hệ thống 12VDC trong ô
tô, động cơ băng tải. Cả hai đều yêu cầu sự kiểm soát tốc độ tốt cho một phạm vi tốc độ

trên và dưới tốc độ định mức.
Nguyên tắc hoạt động của máy bơm điện một chiều:
Phần lớn các động cơ điện được hoạt động theo nguyên lý điện từ, một số loại động
cơ hoạt động dựa trên nguyên lý khác như lực tĩnh điện và hiệu ứng điện áp cũng được
sử dụng.
Nguyên lý cơ bản mà các động cơ điện từ dựa vào đó là có một lực cơ học trên một
cuộn dây có dịng điện chạy qua được nằm trong một từ trường. Lực này được xác định
theo mô tả của định luật lực Lorentz, vng góc với cuộn dây và cả với từ trường.

13


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ HỆ THỐNG RỬA TAY TỰ ĐỘNG
2.1. Phân tích và mơ phỏng mạch
2.1.1. Sơ đồ ngun lí

Hình 2.1: Sơ đồ ngun lí của máy rửa tay tự động

 Nguyên lí hoạt động
- Khi “Tin hieu” đưa vào là mức 0V (hay cơng tắc đóng xuống ) thì Q1 đóng (khơng
dẫn). Do khơng có dịng IBE >> Role khơng làm việc.
- Khi “Tin hieu” đưa vào là mức 5V (hay công tắc đóng lên dương nguồn) thì sẽ qua
R3 hạn dịng, phân áp qua R4 làm cho Q1 mở (dẫn) thông lúc này ta có dịng Ice là dịng
điện chạy qua cuộn dây >> Q1 >> Mát => tạo vòng điện khép kín. Role đóng tiếp điểm
thường mở >> điều khiển cho bóng đèn đóng tắt.
- Diot D1 trong mạch có tác dụng chống lại dòng điện cảm ứng do cuộn đây sinh ra

làm hỏng transistor.
- Mục đích của R3 là tạo dòng vào cực B của trans tới ngưỡng bão hòa để trans hoạt
động như 1 chiếc khóa có điều kiện.
*) Chú thích:Cơng tắc 3 cực và bóng đèn trên sơ đồ thay thế cho cảm biến và máy
bơm trong thực tế

14


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

2.2. Thiết kế và chế tạo mạch

Hình 2.2: Cắm và chạy thử trên board mạch

15


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Kết luận
Sau một thời gian tìm hiểu thực đề tài và được sự hướng dẫn của thầy giáo Đặng
Quang Đồng, chúng em đã hoàn thành đồ án thiết kế “Hệ thống rửa tay tự động” đã
kiểm tra hoạt động và đạt yêu cầu của đề tài đã giao. Chúng em đạt được kết quả sau:
chế tạo thành công mạch điều khiển, sản phẩm có tính ổn định, tổ chức teamwork hiệu

quả. Qua đề tài này chúng em được hiểu hơn và áp dụng được kiến thức đã học vào
thực tế chế tạo sản phẩm. Hiểu được quá trình thiết kế chế tạo cũng như nguyên lý hoạt
động của các hệ mạch đơn giản, từ đó giúp chúng em có thêm kiến thức để có thể thực
hiện thiết kế các mạch phức tạp hơn trong tương lai.
 Ưu điểm của đề tài
 Hệ thống rủa tay tự dộng có mạch đơn giản dễ điều khiển, gọn nhẹ, hoạt động ổn
định, dễ lắp đặt và sửa chữa.
 Tính tự động hóa cao: khả năng nhận diện bơm nước hoàn toàn tự động dựa trên
tác động từ con người, phù hợp với yêu cầu đặt ra của một hệ thống vệ sinh và
tiết kiệm tài nguyên.
 Chi phí đầu tư thấp mà vẫn đảm bảo tiêu chí an tồn vệ sinh cũng như yếu tố kỹ
thuật và tiết kiệm một khoản không nhỏ cho ngân sách các cơ sở hạ tầng.
 Nhược điểm của đề tài
 Mạch chỉ điều khiển được một hệ thống.
 Chưa phổ biến, hạn chế.
 Sản phẩm mang tính nghiên cứu nên chưa sử dụng rộng rãi trong thực tế.
 Do điều kiện thời gian nên sản phẩm vẫn chưa hoàn hảo.
Hướng phát triển
 Mạch cảm biến rửa tay thường dùng làm vịi của bồn rửa tay vì tiện lợi và an tồn
vệ sinh.
 Đề tài có thể ứng dụng trong đời sống sinh hoạt sản xuất gia đình hay khách sạn,
nhà tắm.

16


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

 Có thể phát tiển đề tài với quy mô lớn lớn để ứng dụng được trong nhiều môi
trường khác nhau như nhà rửa xe, tắm rửa trong chăn nuôi nông nghiệp, sát
khuẩn, …..
 Là cơ sở nghiên cứu các đề tài có yêu cầu tương tự.

17


ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH I

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Internet
2. Sách các linh kiện điện tử cơ bản

18