Quá trình hình thành giáo trình kết cấu mạch điện từ có xung trong quy trình nuôi cấy vi khuẩn p9 ppt

Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46

Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội
81
cổng AND mở cho xung nhịp vào, mạch đếm hoạt động cho đến khi dung
lợng mạch hết. Mạch điều khiển sẽ điều khiển mạch điện tử hoạt động đa tín
hiệu điện áp chuẩn vào mạch tích phân để lấy tích phân U
chuẩn
trong khoảng
thời gian từ
2
0 tữ
là:
2
2
0
1
0
t
c
tp chuan A
U
UUdttU
RC RC
=
=+=
ì


Do U
chuẩn

có cực tính ngợc với U
v
nên sau khoảng thời gian t
2
,
U
chuẩn
=0V và điện áp so sánh U
SS
=0, cổng AND đóng lại, lúc này tín hiệu đếm
đợc trong mạch sẽ là tín hiệu số tơng ứng với tín hiệu điện áp đa vào U
v
.
Tín hiệu số này đợc đa qua bộ giải mã vào chỉ thị LED kết quả nhiệt độ cần
đo sẽ tơng ứng với chữ số hiển thị trên thiết bị hiển thị LED.
Để hạn chế dòng vào LED chúng tôi chúng tôi tiến hành tính tiến hành
tính toán nh sau:
Do đặc điểm của vi mạch ICL7107 là:
+ Tín hiệu điện áp vào là từ:
V200
ữ
.
+ Tín hiệu điện áp ra là từ:
VmV 999,1999,1

ữ

.
+ Dòng điện làm việc:
A

100

.
+ Nguồn cung cấp cho vi mạch là:
V5

.
và đặc điểm của bộ hiển thị LED 7 thanh hiển thị ánh sáng màu đỏ là:
+ Dòng điện cấp cho mỗi thanh sáng là từ:
mAmA 205 ữ .
+ Nguồn cung cấp cho đèn là:
V5

.
Nh vậy, mỗi thanh LED sáng cần một điện trở hạn dòng là:
=


= 150
10020
999,15
AmA
VV
R

, chọn

=
150R

Mặt khác, để so sánh nhiệt độ đặt và nhiệt độ đo bằng cảm biết một
cách trực quan, trong đề tài này tôi có sử dụng hai con ICL7107 với sơ đồ
nguyên lý giống nhau nh hình 3.14. Để chỉ thị nhiệt độ đặt và nhiệt độ thực tế
trong tủ nuôi cấy vi khuẩn một cách đồng thời.
3.3.6. Nguồn nuôi cho mạch điều khiển trong tủ nuôi cấy vi khuẩn
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46

Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội
82
Tất cả các khối trong mạch điều khiển và đo lờng đều cần phải cung
cấp nguồn nuôi cho chúng. Các mạch khuếch đại thuật toán đợc sử dụng
trong mạch điều khiển đều làm việc ở điện áp lỡng cực lớn nhất là
15V

,
nhng trong đề tài này chúng tôi thiết kế dùng nguồn nuôi lỡng cực có điện
áp là
9V
, còn nguồn nuôi cho bộ hiển thị là
5V

.
Yêu cầu đối với nguồn nuôi là: nguồn nuôi phải có tính ổn định cao cả
khi điện áp lới xoay chiều thay đổi và tải thay đổi. Chất lợng điện áp nguồn
nuôi phải ổn định và bằng phẳng.
Cấu trúc của nguồn nuôi: gồm có một biến áp có điểm giữa, cầu chỉnh lu
bằng Diode làm nhiệm vụ chỉnh lu điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều.
Giá trị trung bình của điện áp chỉnh lu đợc xác định theo biểu thức sau:
2
22

d
U
U

ì
=

Trong đó: U
2
là giá trị điện áp thứ cấp máy biến áp(MBA).
Với giá trị điện áp cần cung cấp cho nguồn nuôi trong mạch điều khiển
là
9V
và
5V
nên ta có dải điện áp làm việc trong khoảng
9 10%VV
và
510%V .
Xét trờng hợp điện áp chỉnh lu là:
10 10
99 9,9, 55 5,5
100 100
dd
UV VUV V=+ì= =+ì=

Khi đó ta có điện áp thứ cấp của MBA là:
22
9,9 5,5
11 , 6

22 22
UVUV


ì
ì
====

Chọn Diode chỉnh lu loại 2N4004 có các thông số kỹ thuật là:
U
D
= 400V, I
D
= 1A
Với các giá trị điện áp này khi qua bộ chỉnh lu sẽ đợc điện áp một
chiều nhng chất lợng điện áp thấp và không bằng phẳng cha thể cung cấp
cho mạch điều khiển đợc. Do đó để nâng cao chất lợng điện áp chỉnh lu thì
trong đề tài này ở bộ chỉnh lu lấy điện áp ra là
9V

chúng tôi sử dụng hai IC
ổn áp 7809 và 7909, còn bộ chỉnh lu lấy điện áp ra là 5V

chúng tôi sử dụng
hai IC ổn áp 7805 và 7905, ngoài ra ở trớc và sau IC có mắc thêm các tụ điện
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46

Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội
83
nhằm nâng cao tính bằng phẳng cho điện áp. Sơ đồ của khối nguồn nh hình

3.15a, 3.15b sau:






Hình 3.15a. Sơ đồ nguồn nuôi cho điện áp ra
9V


Hình 3.15b. Sơ đồ nguồn nuôi cho điện áp ra
5V
Theo kinh nghiệm ngời ta thờng chọn tụ C
1
= C
3
= 1000 /25FVDC


nhằm cải thiện điện áp vào IC ổn áp. Còn tụ C
2
= C
4
= 100 /25FVDC

nhằm cải
thiện điện áp nguồn nuôi.
Máy biến áp: vừa có nhiệm vụ cách ly điện áp vừa làm nhiệm vụ hạ điện
áp xuống mức yêu cầu. Đối với nguồn nuôi chúng tôi sử dụng hai MBA có

điểm giữa có điện áp thứ cấp là 12V và 6V, còn nguồn cung cấp cho mạch tạo
xung răng ca đồng bộ chúng tôi sử dụng một MBA có điện áp thứ cấp là 9V
xoay chiều.
3.3.7.Mạch điều khiển tự động nhiệt độ tủ nuôi cấy vi khuẩn
* Sơ đồ nguyên lý mạch tự động điều khiển nhiệt độ tủ nuôi cấy vi khuẩn
nh hình 3.16 sau:

B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46

Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
84

H×nh 3.16. S¬ ®å m¹ch ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46

Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội
85
* Nguyên lý hoạt động của mạch này nh sau: ban đầu tủ cha làm
việc, đặt nhiệt độ cho tủ bằng điều chỉnh VR3,VR4. Cấp nguồn điện 220V
xoay chiều cho tủ, cầu chỉnh lu cho ra điện một chiều đợc ổn áp bằng hai IC
ổn áp 7809 và 7909, cấp nguồn cho mạch điều khiển. Do cảm biến đợc đặt

trong tủ nên nhiệt độ thực trong tủ đợc cảm biến nhiệt độ LM335 cảm nhận
và chuyển đổi thành tín hiệu điện áp tơng ứng 10mV/
0
C. Tín hiệu điện áp này
qua khâu so sánh và khuếch đại thuật toán U3A(TL084) cho ra tín hiệu thích
hợp để so sánh với tín hiệu điện áp đặt (tơng ứng với nhiệt độ đặt). Sai lệch
giữa nhiệt độ đặt với nhiệt độ thực trong tủ đo đợc nhờ cảm biến đợc đa
đến khâu so sánh thứ hai là U2A(TL082) để so sánh với tín hiệu xung răng ca
đồng bộ đợc tạo ra từ mạch tạo tín hiệu điện áp xung răng ca đồng bộ và
cho ra tín hiệu dạng xung chữ nhật, sau đó đợc chuyển thành xung nhọn khi
qua mạch vi phân R
4
- C
2
, xung nhọn này có cả xung dơng và âm, khi qua
Diode (D
2
) sẽ đợc xung nhọn dơng khi đó trên cuộn sơ cấp của máy biến áp
có xung cảm ứng sang thứ cấp để điều khiển Triac. Khi nhiệt độ thực trong tủ
thay đổi thì xung nhọn này sẽ mở Triac với góc mở tơng ứng để thay đổi điện
áp đặt vào bộ tạo nhiệt và kết quả là nhiệt độ sẽ thay đổi theo.
Khi nhiệt độ thực trong tủ mà cảm biến nhận đợc gần bằng nhiệt độ đặt
thì mạch điều khiển sẽ điều khiển góc kích lớn, làm cho Triac bị khoá, không
cấp điện áp cho sợi đốt, lúc đó lợng nhiệt cấp cho buồng đốt vẫn tăng do quán
tính đến lúc nào đó lợng nhiệt trong buồng đốt giảm và dao động quanh nhiệt
độ đặt. Khi lợng nhiệt độ trong tủ giảm nhỏ hơn nhiệt độ đặt thì mạch điều
khiển lại điều khiển để Triac mở với góc kích nhỏ, điện áp cấp cho bộ tạo nhiệt
tăng cho đến khi nhiệt độ trong buồng đốt bằng nhiệt độ đặt và quá trình lại
lặp lại.
3.3.8. Sơ đồ mạch in

*Sơ đồ mạch in khối đo lờng và hiển thị: Hình 3.17:
Trong đó: J1,J2,J3,J4,J5,J6 là các chân cắm LED 7 thanh; J7 là chân đa
tín hiệu cần đo; J8 là chân đa nguồn cấp
V5

; ==
=
=
150
211
RRR là các
điện trở hạn dòng cho LED, dây vàng là dây nối.
B¸o c¸o tèt nghiÖp Ph¹m TuÊn Anh-T§H46

Khoa C¬ ®iÖn - - Tr−êng §HNNI-Hμ Néi
86

H×nh 3.17
* S¬ ®å m¹ch in m¹ch ®iÒu khiÓn: H×nh 3.18
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46

Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội
87

Hình 3.18
kết luận và kiến nghị

Qua một thời gian thực tập và hoàn thành đề tài tốt nghiệp mặc dù đã
gặp rất nhiều khó khăn và thời gian còn hạn chế nhng với sự nỗ lực của bản
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46

Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội
88
thân cùng với sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của các thầy, cô giáo, của các cô
(chú) và các anh (chị) làm việc ở phòng Vật t và Thiết bị Y tế thuộc bệnh
viện Bạch Mai Hà Nội, của bạn bè đồng nghiệp, đặc biệt là sự giúp đỡ quý báu
của thầy Phạm Việt Sơn đến nay đề tài Nghiên cứu và thiết kế mạch tự
động điều khiển nhiệt độ tủ nuôi cấy vi khuẩn đã hoàn thành. Từ những
kết quả đã đạt đợc tôi mạch dạn đa ra một số kết luận và kiến nghị sau:
1. Kết luận
- Đã nghiên cứu và thiết kế thành công bộ tự động điều chỉnh nhiệt độ
cho tủ nuôi cấy vi khuẩn theo đúng yêu cầu thực tế.
- Đã áp dụng tốt những kiến thức đã học và những kiến thức thực tế vào
việc thiết kế mạch tự động điều chỉnh nhiệt độ.
- Từ những kiến thức học tập đợc ở nhà trờng và những kiến thức thực
tế chúng tôi đã trực tiếp tính toán, thiết kế và lắp ráp mạch điện tử. Qua đó đã
củng cố thêm những kiến thức, kỹ năng và khả năng t duy giải quyết các vấn
đề chuyên môn.
- Qua đề tài chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu kỹ về vi khuẩn thấy đợc
những u và nhợc điểm của nó với cuộc sống con ngời và trong sản xuất
cũng nh trong nghiên cứu khoa học.
- Trong đề tài này khi thiết kế chúng tôi sử dụng cảm biến LM335 để đo
nhiệt độ trong tủ nuôi cấy vi khuẩn. Đây là phơng pháp đơn giản có độ chính
xác cao và đặc biệt là độ nhạy tơng đối cao đảm bảo tốt cho việc điều khiển.
- Đề tài có thiết kế mạch đo và chỉ thị số sử dụng vi mạch ICL7107 để
tiện cho việc theo dõi và điều khiển nhiệt độ.


2.Kiến nghị
Đề tài này có ý nghĩa thực tiễn cao. Đặc biệt là trong nông nghiệp nh

ngành Chăn nuôi Thú y và Bảo vệ Thực vật rất cần có những tủ kiểu này để
nghiên cứu và thí nghiệm. Chính vì những lợi ích to lớn đó mà đề tài cần phải
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46

Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội
89
đợc tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện hơn để có thể đa vào sản xuất nhằm nội
địa hoá trang thiết bị.
Đề tài này chỉ sử dụng các linh kiện điện tử để thiết kế mạch điều khiển
nhiệt độ, nếu có thể sử dụng vi điều khiển để thiết kế và điều khiển thì mạch
có thể đơn giản và chính xác hơn.
Báo cáo tốt nghiệp Phạm Tuấn Anh-TĐH46

Khoa Cơ điện - - Trờng ĐHNNI-H Nội
90
Mục lục
Trang
Mở đầu 1
1. Đặt vấn đề 1
2. Mục đích của đề tài 2
3. Nội dung của đề tài 2
4. Phơng pháp nghiên cứu 3
Chơng 1: tìm hiểu đặc điểm, điều kiện sinh sống của vi khuẩn và
tác động của môi trờng đối với sự phát triển của vi khuẩn 3

1.1. Khái niệm chung 4
1.2. Đặc điểm chung của vi khuẩn 5
1.2.1. Kích thớc nhỏ bé 5
1.2.2. Hấp thu nhiều, chuyển hóa nhanh 5
1.2.3. Sinh trởng nhanh, phát triển mạnh 5

1.2.4. Năng lực thích ứng mạnh và dễ phát sinh biến dị 6
1.2.5. Phân bố rộng, chủng loại nhiều 6
1.3. Điều kiện sinh sống của vi khuẩn 6
1.3.1. Thành phần tế bào và các chất dinh dỡng của vi khuẩn 7
1.3.2. Nguồn thức ăn cacbon của vi khuẩn 9
1.3.3. Nguồn thức ăn nitơ của vi khuẩn 10
1.3.4. Nguồn thức ăn khoáng của vi khuẩn 11
1.4. Tác động của môi trờng đối với điều kiện phát triển của vi
khuẩn 12
1.4.1. Cơ chế tác dụng của các yếu tố môi trờng lên vi khuẩn 13
1.4.2. Tác động của các yếu tố vật lý 14
1.4.3. Tác động của các yếu tố hóa học 16
1.4.4. Tác động của các yếu tố sinh học 17