Thiết kế chế tạo,lắp ráp máy bơm nước tự đông theo lưu lương xả

Thiết kế mạch bơm nước tự động

Đề tài:
Thiết kế, chế tạo, lắp ráp
mạch bơm
nước tự động theo lưu lượng
xả

Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện


Thiết kế mạch bơm nước tự động

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây theo sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, công
cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đang phát triển mạnh mẽ. Trước
tình hình đó đã có khá nhiều yêu cầu cấp bách và cũng là những thách thức
được đặt ra cho giới trí thức.
Để tiếp tục dẫn dắt sự phát triển của đất nước ngày càng giàu mạnh,
thì phải đầu tư cho giáo dục, đào tạo thế hệ trẻ có đủ kiến thức để đáp ứng
nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo,
thì phải đưa các phương tiện dạy học hiện đại vào trong giảng đường, trường
học có như vậy thì trình độ con người ngày càng cao đáp ứng được yêu cầu
của xã hội. Để làm quen với công việc thiết kế, chế tạo và tìm hiểu các
về các loại linh kiện điện tử, chúng em đã được các thầy cô trong khoa
Điện - Điện tử giao cho đồ án môn học “Nghiên cứu, thiết kế , lắp ráp
máy bơm nước tự động” nhằm củng cố về kiến thức trong quá trình
thực tế
.Sau khi nhận được đề tài, với sự hướng dẫn của thầy Trần Văn Chương
sự nỗ lực của bản thân, sự tìm tòi nghiên cứu tài liệu đến nay đồ án của
chúng em về mặt cơ bản đã hoàn thành. Trong quá trình thực hiện dù

đã có gắng nhưng do thời gian cũng như trình độ vẫn còn hạn chế nên
không thể tránh khỏi sai sót. Vậy em kính mong sự chỉ bảo giúp đỡ và
đóng góp ý kiến của các thầy để đồ án của em được hoàn thiện hơn .

Chúng em xin chân thành cảm
ơn!
Nhóm sinh viên thực hiện
Nguyễn Xuân
Đài
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện


Thiết kế mạch bơm nước tự động
Đoàn Tiến Đạt

GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Ngày nay ngành kỹ thuật điện tử có vai trò rất quan trọng trong
cuộc sống của con người. Các hệ thống điện tử ngày nay rất đa dạng và
đang thay thế các công việc hàng ngày của con người từ những công việc
từ đơn giản đến phức tạp như điều khiển tín hiệu đèn giao thông, đo tốc
độ động cơ hay các đồng hồ số. Các hệ thống này có thể thiết kế theo hệ
thống tương tự hoặc hệ thống số. Tuy nhiên trong các hệ thống điện tử
thông minh hiện nay người ta thường sử dụng hệ thống số hơn là các hệ
thống tương tự bởi một số các ưu điểm vượt trội mà hệ thống số mang lại
đó là: độ tin cậy cao, giá thành thấp, dễ dàng thiết kế, lắp đặt và vận
hành…Chính vì thấy được những ưu điển của hệ thống mạch số nên trong
thực tế mạch số đã được lắp ráp và sử dụng rất nhiều thấy được tầm quan
trong đó của mạch số công với kiến thức về môn điện tử cơ bản và đặc
biệt sau một thời gian học tập và tìm hiểu các tài liệu về kỹ thuật số,

cũng như tham khảo ở ngoài thực tế củng như trên internet chúng em đã
chọn đề tài: ” Thiết kế,chế tạo,lắp ráp mạch bơm nước tự động”
Về đề tài: ” Thiết kế mạch bơm nước tự động” Không chỉ có ý
nghĩa về mặt lý thuyết giúp sinh viên có thể vận dụng linh hoat giữa lý
thuyết và thực tế .mà nó còn giúp sinh viên có thể làm quyen vói việc
nghiên cứu khoa học ngay từ lúc còn ngồi trên ghế nhà trường,và nó cũng
là cơ sở để nghiên cứu các đề tài lớn hơn . không chỉ vậy đề tài này còn
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện


Thiết kế mạch bơm nước tự động
được ứng dụng rất rông dãi trong cuộc sống đó chính là lý do mà chúng
em chọn đề tài này.

Ứng dụng mạch điều khiển máy bơm nước.
Nhu cầu thực tế
Nước thực sự rất cần thiết cho nhu cầu sinh hoạt, trong đời sống hằng
ngày của con người. Để thuận tiện cho viếc sử dụng nước được lưu trữ lại
trong các thùng, bể chứa nước. Các bể chứa nước thường được để ở trên
cao để tạo áp lực nước cần thiết cho sinh hoạt và đời sống của con người.
để có thể đưa nước lên cao lên các thùng , bể chưa nước ở trên cao ta
thường sử dụng máy bơm nước. Chính những điều này đã phát sinh vấn
đề là không biết chính xác mức nước, trong trường hợp thùng hoặc bể hết
nước ta cần đợi một thời gian để đưa nước lên. Khi nước trong thùng hoặc
bể đầy làm tràn nước, gây lãng phí nước



-Ngoài ra nó còn ứng dụng nhiều trong thực tế như sử dụng cho các trạm
bơm tiêu úng, khu chung cư, trường học ,bệnh viện và cho lính cứu hoả .

-Trong công nghiệp thì ứng dụng cho việc làm mát cho động cơ trong các
nhà máy ,xí nghiệp…
.
Giải pháp
Sử dụng hệ thống điều khiển máy bơm nước tự động là một hệ thống có
sẵn cảm biến về mức nước trong thùng, bể chưa nước. Hệ thống này sẽ
tự động điều khiển máy bơm hoạt động bơm nước vào thùng, bể chứa khi


Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện


Thiết kế mạch bơm nước tự động
hết nước. Khi nước trong thùng, bể chứa đầy cảm biến sẽ gửi tín hiệu về
hệ thống, tự động dừng bơm, chánh lãng phí nước.
Sử dụng hệ thống điều khiển máy bơm tự động, thực hiện quá trình tự
động bơm khi hết nước và ngắt khi đầy một cách dễ dàng. Tùy theo nhu
cầu sử dụng, người sử dụng có thể chủ động xem trạng thái của mức nước
mọi lúc, mọi nơi.

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

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

.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện


Thiết kế mạch bơm nước tự động
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
.........................................................................................................
...........................................................................................
Hưng Yên, tháng 6 năm 2016
Giáo viên hướng dẫn

Phần một :Vẽ và phân tích mạch điện.

1.1Sơ đồ toàn mạch

Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện


Thiết kế mạch bơm nước tự động

Nguyên lý hoạt động của mạch
Mạch lấy nguồn từ mạch lọc nguồn 5v Dc, điện áp vào mạch điều khiển:
+Điện áp được đặt vào chân 14 của IC74LS14 và IC 74LS02 cố định.
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện


Thiết kế mạch bơm nước tự động
+ Chân số 7 của IC 74LS14 và IC 74LS02 được nối mát.
+ IC 74LS02 gồm 4 cổng NOR .Mạch điều khiển máy bơm nước được dùng
2 cổng NOR và 2 cổng này được mắc thành TRIGƠ RS. Trigơ Rs là một trigơ
có hai đầu vào điều khiển R, S. Tại chân số 6 của cổng NOR 2 là chân S,
còn chân số 2 của cổng NOR 1 là chân R.
+ IC74LS14 gồm 6 cổng NOT . Cổng NOT có chức năng đảo, khi đầu vào ở
mức cao hoặc thấp thì đầu ra sẽ ngược lại.
Tại đây xảy ra hai trường hợp:
- Trường hợp thứ nhất, khi bể nước chưa có nước vẫn ở trang thái can. Lúc
này tại tiếp điểm 1 không được nối với nguồn, chân số 2 của IC74LS02 sẽ
được nối với một điện trở và xuống mát do đó chân số 2 sẽ nhân giá trị là
mức thấp(điện áp tại chân số 2 lúc đó là 0,22 v) .Tại tiếp điểm số 2 cũng
không được nối với nguồn do vậy tại chân số 1 của IC74LS14 được nối với
điện trở và xuống mát. Khi đó chân số 2 của IC74LS14 cho ra giá trị là mức
cao (điện áp tại chân số 2 lúc đó sẽ có giá trị là 4,99 v ) và được nối với
chân số 6 của IC 74LS02 (chân S của trigơ RS ). Tín hiệu ra của chân số 1
của IC 74LS02 sẽ có giá trị ở mức cao (điên áp tại đó là 4,99 v) và được nối

với transistor (C828) do vậy transistor sẽ đượ kích mở và rơle sẽ đóng máy
bơm hoạt động.
- Trường hợp thứ hai ,khi bể nước đầy tại hai tiếp điểm 1 và 2 sẽ được nối
với nguồn 5v do vậy tại chân số 2 của IC 74LS02 nhận giá trị ở mức cao,
chân số 1 của IC 74LS04 cũng nhận giá trị ở mức cao và đưa ra chân số 2 ở
mức thấp và chân số 6 của IC 74LS02 nhân giá trị thấp vậy tín hiệu đưa ra
tại chân số 1 của IC74LS02 sẽ là mưc thấp vậy transistor sẽ khóa và rơle
mở máy bơm ngừng hoạt động.

Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện


Thiết kế mạch bơm nước tự động
+ Các linh kiện sử dụng trong mạch điện
1. ĐIỆN TRỞ
Điện trở gồm có: R = 10K, R =220 Ω,
quang trở, biến trở tinh chỉnh 100kΩ.
Hình dạng, ký hiệu và đơn vị
- Hình dạng điện trở

- Ký hiệu điện trở

R 21
R

R1
22R

- Đơn vị điện trở
Đơn vị: Ohm () 1K = 103

1M = 103K

2.Định Nghĩa : Biến Trở
Biến trở còn được gọi là triết áp được cấu tạo từ một điện trở màng than hay dây quấn có dạng
hình cung góc quay 270o. Có một trục xoay ở giữa nối với một con trượt làm bằng than(cho biến
trở dây quấn) hay làm băng kim loại có biến trở than , con trở sẽ ép lên mặt điện trở để tạo kiểu
nối tiếp xúc làm thay đổi trị số điện trở khi xoay cực.
3. Đinh nghĩa : TỤ ĐIỆN
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện


Thiết kế mạch bơm nước tự động
Tụ điện là một loại linh kiện thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch điện tử, có khả
năng tích trữ năng lượng dưới dạng từ trường.
Kí hiệu là C
Biểu thức xác định:

Zc = =

Đơn vị tính: Fara (F).
4. Định nghĩa : Diode bán dẫn và Led
-diode
Diode được cấu tạo từ một lớp tiếp ráp P-N trong đó có hai điệncực. Điện cực Anốt (A) nối với
chất bán dẫn tạp chất loại P, điện cực Catốt (K) nối với chất bán dẫn tạp chất loại N. Trong quá
trình làm việc của diode để phân cực thuận điện cực A nối với nguồn điện dương (+), điện cực K
nối với nguồn điện âm (-). Để phân cực ngược chỉ cần đảo chiều nguồn tác dụng nối tới hai cực.
- Kí hiệu:

-Led

LED (là viết tắt của Light Emitting Diode có nghĩa là điốt phát quang) là các diode có khả năng
phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Cũng giống như diode, LED được cấu tạo từ một
khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N.

5. IC nguồn ổn áp

Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện


Thiết kế mạch bơm nước tự động

Hình 2: IC ổn áp 7812
+78xx gồm có 3 chân
1. Vin – chân nguồn đầu vào
2. GND – chân nối đất
3. Vo – chân nguồn đầu ra
Ký hiệu:

Hình 3: Kí hiệu IC 78XX
Note: XX là mức điện áp tùy chọn.
•

Cách đơn giản nhất để tạo ra nguồn +5V là dùng IC nguồn 7805.

•

Nhược điểm lớn nhất của họ 78XX là tỏa nhiệt rất nhiều, điện áp thừa sẽ được cắt bỏ
chuyển thành nhiệt năng tỏa ra trên IC.

Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện

Thiết kế mạch bơm nước tự động
•

Lưu ý rằng điện áp đầu vào cho 7805 chỉ nên cao hơn 2V-3V so với điện áp đầu ra, họ
78XX là họ IC nguồn tạo ra điện áp dương tùy theo loại IC ta chọn.Ví dụ như 7812 sẽ cho
ra điện áp +12V.

6: Tranzito
-Tranzitor có tiền tố là các thành phần bán dẫn. Chúng có 2 tiếp ráp p-n và 3 lớp bán dẫn liền
nhau. Tranzitor được chia làm 2 cấu trúc cơ bản là npn và pnp.
- Ký hiệu:

Hình 8: ký hiệu tranzito
Chức năng: Tranzito là linh kiện điện tử chủ động, tức là cần nguồn cung cấp năng lượng để
hoạt động, cụ thể, cần phải phân cực cho tranzito để nó hoạt động. Tùy theo mục đích mà
tranzito được mắc nối với mạch điện các kiểu khác nhau để thực hiện những chức năng sau:


Khóa điện tử



Truyền dẫn điện



Bộ khuếch đại

.7: Rơ le
-Khái niệm:Rơle là loại khí cụ điện tự động mà đặc tính ra vào có tính chất tín hiệu đầu ra thay
đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định.
-Rơle thường cấu tạo gồm các bộ phận chính có chức năng khác nhau như sau:
+Bộ phận thu,tiếp nhận nhưng đại lượng vào biến đổi thành những đại lượng vật lý cần thiết
cho rơle hoạt động
+Bộ phận trung gian: so sánh những đại lượng đã được biến đổi với đại lượng mẫu.Theo kết
quả so sánh, nếu đạt được giá trị tác động thì truyền tín hiệu đến bộ phận chấp hành .
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện


Thiết kế mạch bơm nước tự động
+Bộ phận chấp hành phát tín hiệu cho nạch điều khiển nối sau rơle.
-Phân loại:
+ Theo nguyên lí hoạt động của rơle: điện từ.từ điện, phân cực, điện động, cảm ứng…
+Theo nguyên lí tác động :role có tiếp điểm và không có tiếp điểm.
+Theo tính chất đại lượng đầu vào: role dòng điện,điện áp,công suất….
+Ngoài ra theo mục đích sử dụng,phương pháp nối bộ phận thu vào mạch điện …..

Hình 9: rơle

8: IC 7414 cổng NOT
Dùng để đảo tín hiệu đầu vào
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện


Thiết kế mạch bơm nước tự động

A

Y

0

1

1

0

Kí hiệu và bảng trạng thái cổng NOT

Một số IC chứa cổng NOT: 7414, 4069.

IC 7414

*Chức năng các chân:
IC 74ls14 có 6 cổng NOT
Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện


Thiết kế mạch bơm nước tự động
-Chân 1,2 tạo thành một cổng.Tiếp đó là 3 với 4, 5 với 6, 8 với 9, 10 với 11, 12 với 13.
-Chân 14 là dương nguồn, chân 7 nối mát
* Ứng dụng cua ic
- Kết hợp với các linh kiện điện tử để tạo nên mạch logic
Nhận xét: Tín hiệu giữa ngõ ra và ngõ vào luôn ngược mức logic nhau.
9: IC 7402 cổng NOR
Dùng để thực hiện phép đảo cổng OR.

A

B

C

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0

Kí hiệu và bảng trạng thái cổng NOR
Nhận xét: Ngõ ra cổng NOR sẽ ở mức 1 khi tất cả các ngõ vào ở mức 0.
Một số IC chứa cổng NOR: 4001, 4025, 74HC02,74LS02

Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện


Thiết kế mạch bơm nước tự động

IC 74LS02 là ic số ,với chức năng cổng NOR .
*Chức năng các chân
Cứ 3 chân tạo thành một cổng OR , chân 14 là dương nguồn, chân 7 là âm nguồn .*Bảng trạng
thái: Cấu tạo ic

*Ứng dụng của ic
-Kết hợp với các ic số khác để tạo nên

A

B

Y

H

X

H

X

H

H

L

L

L

PHẦN HAI : THIẾT KẾ MẠCH VÀ THỰC NGHIỆM
2.1Thiết kế theo sơ đồ khối

Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện

các mạch điều khiển logic


Thiết kế mạch bơm nước tự động

Nhiệm vụ từng khối như sau:
 Khối nguồn : sẽ được dùng hai ic 7805 để tạo điện áp đầu ra ổn định
và +5v cấp nguồn nuôi cho các ic số và rơle hoạt động .
 Khối cảm biến :khối này chứa các bộ cảm biến nó có thể cảm nhận và
đáp ứng với các tín hiệu và kích thích để biến đổi các đại lượng không
điện thành các đại lượng điện .cụ thể trong trường hợp này khối cảm
biến sẽ nhận kích thích là chất lỏng nó cảm nhận được tín hiệu kích
thích và biến đổi thành đại lương điện tạo các mức điện ap cao thấp
cấp cho khối logic

 Khối logic : tiêp nhận các mức logic từ khối cảm biến và biến đổi tạo
các mức phù hợp để điều khiến sự đóng ngắt của role từ đó điều
khiển motor đòng mở
 Khối chấp hành:tiêp nhận tín hiệu từ khối mach logic để đóng ngắt
role

Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện


Thiết kế mạch bơm nước tự động
2.2.1 Thiêt kế khối nguồn

Hinh2.2.Sơ đồ nguyên lý khối nguồn

+ 1 máy biến áp
+ 1 IC ổn áp 7812
+ 1 IC ổn áp 7805
+ 1 tụ 2000mf
+ 2 tụ 1000mf
+ điện trở 1k + 2 led
Nguồn cấp vào là điện áp xoay chiều,vì vậy ta phải lắp một cầu diode để
chuyển điện áp xoay chiều sang điện áp một chiều,ngoài ra,có thể thay cầu
diode bằng 4 con diot thường. Ta dùng tụ lọc để san phẳng điện áp sau chỉnh
lưu,một tụ 2000µF sẽ được nối ngay sau cầu diode,kế tiếp là chân vào(chân
số 1)của IC nguồn 7812 để cấp ra nguồn +12V ổn định,chân 1 của IC là chân
vào nối từ đầu ra của mạch chỉnh lưu tới chân dương của tụ 2000µF.Chân 2
nối mát,chân 3 là chân ra sẽ được lối ra tụ 1000µF. tiếp đến để lấy nguồn +5v
ta mác thêm hai IC ổn áp loại 7805 vào chân dương của tụ C2, chân đầu ra sẽ
được lổi ra tụ 1000 µF. Ngoài ra, ta có thể nắp thêm 2 Led báo nguồn để nhận

Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện


Thiết kế mạch bơm nước tự động
biết được sự hoạt động của mạch nguồn và ba điện trở để hạn dòng cho Led
là thực sự cần thiết.

2.2.2 Thiêt kế khối cảm biến
2.2.2.1 Cảm biến mức nước
Là những thanh kim loại có khả năng dẫn điện tốt .được đặt trong bể cùng
với 1 nguồn
5v được đặt dưới đáy bể .Nguyên lý hoạt động nhờ sự dẫn
điện của nước

Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện


Thiết kế mạch bơm nước tự động

2.2.3 Thiết kế mạch tạo các mức logic cho bể chứa

Chọn mức l=1 tương ứng với mức nước lớn hơn hoặc bằng mức 1 trường hợp
còn lại l=0
Chọn mức h=1 tương ứng với mức nước lớn hơn hoặc bằng mức 2 trường hợp
còn lại h=0
Mạch logic sẽ có dạng như sau

Xét các trạng thái

Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện

Thiết kế mạch bơm nước tự động
Gọi So tương ứng với trạng thái đầu ra ở trạng thái thấp (b=0) và S1 tương
ứng với trạng thái đầu ra ở mức cao (b=0)

Ta có mô hình nước dâng tương ứng vơi các trạng thái đầu ra như sau

Hinh 2.2.3.1các trạng thái xảy ra
 Ta có đồ hình trạng thái như sau

Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện


Thiết kế mạch bơm nước tự động

 Từ đó ta có bảng trang thái sau



 Ban đầu ta có b=1và h=0 ,l=0 qua mạch biến đổi logic kết quả làm
đầu ra ở mức cao
 Trạng thái kế cận tiếp theo b=1 và l=1,h=0 qua mạch biến đổi logic
kết quả làm đầu ra ở mức cao
 Trạng thái tiếp theo b=1 và h=1,l=1 qua mạch biến đổi logic kết quả
làm đầu ra ở mức thấp

Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện

Thiết kế mạch bơm nước tự động

2.2.4 :Thiêt kế khối chấp hành

Hinh2.4.Sơ đồ khối chấp hành

Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện


Thiết kế mạch bơm nước tự động
Khối chấp hành sẽ nhận tín hiệu ra từ khối mạch logic để tác động vào motor
đóng hay ngắt motor ở khối này việc lắp thêm một bộ khuyếch đại là cần
thiết để nâng dòng vào cuộn hút cho role tùy theo mục đích sử dụng của role

2.2.5: Thiêt kế khối tạo trể

Hinh2.5.Khối tạo trễ

Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện


Thiết kế mạch bơm nước tự động
Tạo ra thời gian báo động kéo dài khi có 1 vật cản đi qua khối thu phát bằng
cách tạo độ rộng xung ra ở chân số 3 của NE 555. Độ rộng xung càng lớn thì
thời gian báo động càng lâu.
- Công thức tính tần số điều chế độ rộng xung của 555:
+ Tần số của tín hiệu đầu ra là :
f = 1/(ln2.C4.(R1 + 2R3))
+ Chu kì của tín hiệu đầu ra :
t = 1/f

+ Thời gian xung ở mức H (1) trong một chu kì :
t1 = ln2 .(R1 + R3).C4
+ Thời gian xung ở mức L (0) trong 1 chu kì :
t2 = ln2.R3.C4

Sơ đồ đi dây:

Đồ án môn học thiết kế chế tạo mạch và thiết bị điện