LUẬN văn tự ĐỘNG hóa THIẾT kế NHÀ vệ SINH tự ĐỘNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA
--

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ
KHÓA 32
Đế tài:

THIẾT KẾ NHÀ VỆ SINH TỰ ĐỘNG

Cán bộ hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

TS. Nguyễn Chí Ngôn
Ths.Đỗ Thành Tín
Nguyễn Hoàng Giang 1063863
Hồ Hoài Giữ
1063865
Lớp: Cơ Điện Tử
Khóa : 32

Cần Thơ
Tháng 04/2010


Nhà Vệ Sinh Tự Động

GVHD : TS. Nguyễn Chí Ngôn

Lời cảm ơn
Thực hiện luận văn là công việc quan trọng của mỗi sinh viên trƣớc khi tốt
nghiệp đại học . Bên cạnh đó luận văn tốt nghiệp cũng thể hiện sự tâm huyết của sinh
viên với đề tài nghiên cứu của mình. Để hoàn thành tốt luận văn này, ngoài sự cố gắng
nổ lực ở bản thân. Còn đƣợc sự hƣớng dẫn tận tình và sự giúp đỡ kịp thời các góp ý
chỉnh sửa của quý thầy cô trong và ngoài trƣờng .
Để đạt đƣợc kết quả này chúng tôi chân thành cảm ơn sâu sắc đến thầy
Nguyễn Chí Ngôn Phó Trƣởng Khoa Công Nghệ - Trƣờng Đại Học Cần Thơ. Thầy
đã gợi ý cho chúng tôi đề tài với sự giúp đỡ , động viên và hƣớng dẫn kịp thời khi
gặp khó khăn đồng thời đã tạo mọi điều kiện để chúng tôi hoàn thành .
Đồng thời, chúng tôi cũng bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Thạc Sĩ Đỗ
Thành Tín đại diện văn phòng SETSUYO ASTEC CORPORATION tại Việt Nam.
Đã hỗ trợ thiết bị, hƣớng dẫn kỹ thuật đấu nối, và tạo điều kiện để chúng tôi hoàn
thành đƣợc đề tài này .
Bên cạnh đó , chúng tôi xin gởi lời cảm ơn đến các thầy cô bộ môn Tự Động
Hóa đã giúp đỡ chúng tôi rất nhiều trong thời gian làm luận văn này .
Cuối cùng là sự giúp đỡ về vật chất và động viên tinh thần từ phía gia đình tạo
chỗ dựa vững chắc góp phần vào sự thành công của đề tài.

Xin kính chúc quý thầy cô sức khỏe và công tác tốt.

Sinh Viên
Nguyễn Hoàng Giang
Hồ Hoài Giữ

1


Nhà Vệ Sinh Tự Động

GVHD : TS. Nguyễn Chí Ngôn
MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN.................................................................................................................1
CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG........................................................................4
I.

VẤN ĐỀ VỆ SINH TRONG ĐỜI SỐNG................................................4
1. Tầm quan trọng của nhà vệ sinh.........................................................4
2. Thực trạng các nhà vệ sinh hiện nay...................................................4

II.

MỤC TIÊU THIẾT KẾ............................................................................5

III.

HƢỚNG GIẢI QUYẾT...........................................................................6

CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT..............................................................................9
I.

LÝ THUYẾT VỀ ÁNH SÁNG VÀ CÁC ĐƠN VỊ ĐO QUANG...........9
1.Tính chất Ánh sáng, bức xạ...................................................................9
2. Các đơn vị đo quang...........................................................................10
a. Đơn vị đo năng lƣợng..............................................................10
b.Đơn vị đo thị giác.....................................................................11

II.

LINH KIỆN VÀ CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG........................................12
1. Điện trở.............................................................................................12
2. Diode ................................................................................................14
3. Tụ điện..............................................................................................17
4. Quang trở .........................................................................................18
5. Transistor .........................................................................................19
6. Relay ................................................................................................22
7. Van điện ...........................................................................................23
8. Cảm biến chuyển động PIR..............................................................24
9. Công tắc hành trình...........................................................................28

III.

SƠ LƢỢC VỀ PLC FX1S......................................................................29

CHƢƠNG III: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG....................................................................34
I.

CẢM BIẾN QUANG VÀ CÁCH ĐẤU NỐI VỚI PLC........................34

II.

CẢM BIẾN PIR VÀ CÁCH ĐẤU NỐI VỚI PLC................................35

III.

SƠ ĐỒ LẮP ĐẶT CÁC THIẾT BỊ CHẤP HÀNH ...............................36
1. Lắp đặt Van điện ..............................................................................36
2

Nhà Vệ Sinh Tự Động

GVHD : TS. Nguyễn Chí Ngôn

2. Lắp đặt Bóng đèn .............................................................................37
3. Lắp đặt Máy sấy................................................................................37
4. Lắp đặt Quạt làm khô .......................................................................38
5. Lắp đặt Nút ấn ON/OFF....................................................................39
6. Lắp đặt công tắc hành trình...............................................................40
7. Lắp đặt máy bơm nƣớc ....................................................................41
IV.

SƠ ĐỒ CHI TIẾT PHẦN CỨNG..........................................................42

CHƢƠNG IV: THIẾT KẾ PHẦN MỀM.....................................................................46
I.

GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN.................................................................46
1. Phƣơng pháp lập trình và sử dụng PLC............................................46
a. Bắt đầu với GX Developer.....................................................................46
b. Tạo một dự án mới trong Gxdeveloper.........................................47
c. Tạo nên một chƣơng trình mới......................................................48
d. Nạp chƣơng trình từ máy vi tính sang PLC...................................48

II.

2. Lƣu đồ giải thuật ..............................................................................51
TRÌNH TỰ THIẾT KẾ HỆ THỐNG PLC.............................................52
1. Chọn PLC...........................................................................................53

2. Tổ chức, bố trí phần cứng hệ thống....................................................55
3. Chạy thử chƣơng trình........................................................................56
4. Lập tài liệu cho hệ thống....................................................................57

CHƢƠNG V: BẢO TRÌ HỆ THỐNG VÀ ỨNG DỤNG MÔ HÌNH..........................58
I.

SỬ DỤNG HỆ THỐNG ........................................................................58

II.

BẢO TRÌ HỆ THỐNG...........................................................................58

III.

KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA MÔ HÌNH.........................................59

CHƢƠNG VI :KẾT QUẢ VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN..............................................60
I.

KẾT QUẢ...............................................................................................60

II.

NHẬN XÉT............................................................................................60

III.

HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI...........................................................61

PHỤ LỤC.....................................................................................................................62

3


Nhà Vệ Sinh Tự Động

GVHD : TS. Nguyễn Chí Ngôn

Nhận Xét Của Cán Bộ Hƣớng Dẫn
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
................................................................................................. ...
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
......................................................................................... ...........
....................................................................................................
....................................................................................................

....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
4


Nhà Vệ Sinh Tự Động

GVHD : TS. Nguyễn Chí Ngôn

Nhận Xét Của Cán Bộ Phản Biện
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
.............................................................................................. ......
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................

....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
....................................................................................................
5


Nhà Vệ Sinh Tự Động

GVHD : TS. Nguyễn Chí Ngôn

CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG
I.

VẤN ĐỀ VỆ SINH TRONG ĐỜI SỐNG
1. Tầm quan trọng của nhà vệ sinh

Cuộc sống con ngƣời bao gồm nhiều nhu cầu nhƣ ăn, mặc, ở trong đó vấn đề
vệ sinh là yếu tố không thể thiếu. Đó cũng là nhu cầu sinh lý bình thƣờng của con
ngƣời, việc vệ sinh sạch sẽ giúp ta có cuộc sống phần nào thoải mái, tránh bệnh tật.
Trong lúc làm việc mệt mỏi căn thẳng hay buồn ngủ ta cần phải rửa mặt cho
đầu óc tỉnh táo, trong suốt, nhƣ thế công việc sẽ đạt hiệu quả cao hơn. Một nhà vệ sinh
sạch sẽ cho một cơ quan, hay gia đình là điều rất cần thiết. Đồng thời nó thể hiện đƣợc
nếp sống văn minh của con ngƣời hiện đại ngày nay.
2. Thực trạng các nhà vệ sinh hiện nay.

Phần lớn các nhà vệ sinh công cộng hiện nay dơ bẩn, hôi thối và kém chất
lƣợng. Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến tình trạng này nhƣ là: do ngƣời sử dụng
thiếu ý thức trong việc giữ gìn vệ sinh chung, nhà vệ sinh không đƣợc dọn dẹp thƣờng

xuyên, ….
Một ví dụ điển hình là nhà vệ sinh của các trƣờng học. Đa phần khu vệ sinh ở
đây còn trông cậy vào sự tự giác dọn dẹp của học sinh (có thể là một lớp trực nhật một
tuần hay là có thuê ngƣời dọn dẹp nhƣng không thƣờng xuyên) ý thức vệ sinh của học
sinh nhỏ tuổi còn hạn chế, nên tình trạng mất vệ sinh là điều tất yếu.
Mặc dù ngày này, các nhà vệ sinh đƣợc thiết kế khang trang nhƣng hầu hết những
thiết bị còn đƣợc sử dụng một cách thủ công. Các van khoá nƣớc kiểu vặn tay, các van
nút ấn, ... đƣợc dùng một cách rộng rãi, nhƣng chúng thƣờng mang lại cho ngƣời dùng
nhiều phiền phức nhƣ: phải mở rồi chờ vài giây để dội sạch sau đó khoá van. Nhiều
ngƣời mở rồi quên khoá hoặc quên mở van xả cho sạch bồn vệ sinh,…. Những điều
đó có thể dẫn tới tình trạng ô nhiễm ở nhà vệ sinh, lãng phí một lƣợng nƣớc khá lớn.
Việc chiếu sáng cho nhà vệ sinh cũng là một vấn đề khá quan trọng. Hiện nay,
giá thành điện và việc tiết kiệm điện năng đang đƣợc mọi ngƣời rất quan tâm. Trong
khi đó, đa số các nhà vệ sinh đƣợc thiết kế công tắt điều khiển đèn, chính việc này gây
6


Nhà Vệ Sinh Tự Động

GVHD : TS. Nguyễn Chí Ngôn

ra nhiều phiền phức (ngƣời ra vào nhà vệ sinh phải tắt mở đèn khi trời tối), lãng phí
điện năng (do quên tắt đèn khi ra khỏi nhà vệ sinh).
Nhà vệ sinh là nơi mà hầu hết mọi ngƣời xem là bẩn nhất, nếu mỗi một gia đình một
cơ quan mà có nhà vệ sinh sạch sẽ thì gia đình đó, cơ quan đó đƣợc mọi ngƣời đánh
giá tốt, sạch, văn minh và ngƣợc lại. Cần dọn dẹp nhà vệ sinh thƣờng xuyên để nó
luôn trong trạng thái thoáng mát, sạch sẽ. Tuy nhiên, chi phí, thời gian, việc thuê
mƣớn ngƣời làm vệ sinh cũng tốn kém và không ít phiền phức.
Việc giữ gìn sạch sẽ nhà vệ sinh theo công nghệ tự động hóa đã và đang đƣợc nhiều
khách sạn, nhà hàng ứng dụng. Tuy nhiên giải pháp khá tốn kém làm không phù hợp

với các nhà vệ sinh công cộng trong trƣờng học. Vấn đề đặt ra là làm sao tự chủ việc
chế tạo các thiết bị tự động xả nƣớc, tự động chiếu sáng ... với giá thành phù hợp,
bằng những linh kiện rẻ tiền, dễ tìm trong nƣớc. Đây là nhu cầu thiết thực của xã hội .
II.

MỤC TIÊU THIẾT KẾ
Vấn đề vệ sinh sạch sẽ và chi phí dọn dẹp nhà vệ sinh rẻ là những yêu cầu mà

hầu hết nhà vệ sinh cần nhất. Để giảm bớt sự nặng nhọc khi dọn dẹp cũng nhƣ giữ
nhà vệ sinh luôn sạch sẽ thoáng mát thì một hệ thống xả nƣớc tự động sẽ là điều mà
mọi ngƣời mong muốn. Với tinh thần trên, hệ thống xả nƣớc tự động trong nhà vệ
sinh có các tính năng nhƣ sau:
1. Mở đèn tự động khi ngƣời vào lúc trời tối và tự động tắt khi không có ngƣời
trong nhà vệ sinh.
2. Xả nƣớc cho khu vực bồn tiêu, tiểu một cách tự động và có định kỳ xả tráng lại
cho thật sạch. Xả tự động có nghĩa là: khi có ngƣời đứng trƣớc bồn vệ sinh, van sẽ
đƣợc kích hoạt xả 0,5 hoặc 1 giây đủ để ngƣời dùng nhận biết đây là hệ thống tự động,
sau đó van đƣợc khoá lại. Sau khi ngƣời sử dụng đi ra khỏi bồn vệ sinh, van sẽ đƣợc
kích đóng xả nƣớc dội sạch bồn vệ sinh trong thời gian từ 5 đến 7 giây sau đó bị ngắt
điện và khoá lại. Xả tráng lại cho các bồn vệ sinh đƣợc thực hiện sau 1 giờ kể từ khi
ngƣời sử dụng rời khỏi bồn vệ sinh đó. Thời gian xả tráng kéo dài 5 giây. Điều đặc
biệt của tính năng này là chỉ xả tráng cho những bồn vệ sinh có ngƣời dùng trƣớc đó.
Còn lại những bồn mà trƣớc đó không có ai sử dụng thì không xả.
7


Nhà Vệ Sinh Tự Động

GVHD : TS. Nguyễn Chí Ngôn

3. Có chức năng xả nƣớc ở bồn rửa tay và mở máy sấy khô tự động khi có ngƣời
dùng. Chức năng này tƣơng tự nhƣ chức năng trên nhƣng không có khoảng thời gian
xả nhận biết, mà nó sẽ xả nƣớc hoặc mở máy khi ngƣời dùng đƣa tay ( hay vật cần sấy
) vào trƣớc vòi nƣớc ( hay vùng sấy ); nó tắt van xả hoặc là máy sấy khi tay hay vật
cần sấy vừa ra khỏi chậu rửa ( hay vùng sấy ).
HƢỚNG GIẢI QUYẾT

III.

Hƣớng giải quyết đề tài là sử dụng PLC lấy tín hiệu từ các cảm biến để điều
khiển thiết bị chấp hành hoạt động một cách tự động.
Về mặt lý thuyết cần nắm vững một số kiến thức sau: lý thuyết mạch điện tử, linh
kiện điện tử, tìm hiểu về phần mềm OrCAD,…, cấu trúc lập trình PLC.
Một cách cụ thể, các công việc đƣợc tiến hành nhƣ sau:
Thảo luận nhóm để đƣa ra mục tiêu thiết kế hệ thống và các phƣơng pháp thực
hiện.
Tìm hiểu, thu thập dữ liệu về linh kiện và thiết bị đƣợc dùng trong hệ thống
nhƣ là: cảm biến PIR, tia lazer, cảm biến quang, PLC, Rơle,Van điện từ,….
Dựa vào mục tiêu của đề tài, chúng tôi đƣa ra phƣơng án thiết kế và thử
nghiệm, tính toán sơ lƣợc các mạch cảm biến, chấp hành, soạn thảo chƣơng trình phần
mềm cho hệ thống.
Tham khảo ý kiến của giảng viên hƣớng dẫn.
Thảo luận nhóm chọn lại phƣơng án thiết kế cho: mạch cảm biến, chƣơng trình
cho PLC
Sau khi đã thống nhất về mục tiêu và biện pháp thực hiện, chúng tôi tự phân
công nhau mỗi ngƣời làm một khâu, mục đích là để công việc đƣợc trôi chảy, không
đùn đẩy.
Hệ thống sẽ đƣợc thiết kế theo sơ đồ khối Hình 1.1 với nguyên tắc hoạt động nhƣ
sau:

8


Nhà Vệ Sinh Tự Động

GVHD : TS. Nguyễn Chí Ngôn

Cảm biến: là thiết bị cảm nhận tín hiệu từ môi trƣờng biến đổi thành tín hiệu điện
để PLC nhận biết. Mạch cảm biến bao gồm: cảm biến PIR, cảm biến quang.
PLC: nhận tín hiệu từ cảm biến và điều khiển hoạt động của thiết bị chấp hành.
Thiết bị chấp hành: bao gồm van điện xả nƣớc, đèn, máy sấy…phục vụ cho mục
đích của nhà vệ sinh.
Cảm biến PIR nhận biết đƣợc ngƣời có trong nhà vệ sinh không, nó kết hợp với quang
trở để quyết định việc tắt mở đèn. Nếu cảm biến PIR nhận thấy có ngƣời và quang trở
cho thấy trời tối thì PLC kích đóng rơle đèn sẽ đƣợc mở. Sau đó, nếu PIR nhận thấy
không còn ngƣời trong nhà vệ sinh thì rơle ngắt đèn tắt.
Cảm biến quang : đƣợc thiết kế theo kiểu luôn thu chùm tia lazer phát ra khi có ngƣời
vào vùng tác động chùm tia lazer bị ngắt, một tín hiệu đƣợc đƣa tới PLC. Từ đây,
PLC cấp tín hiệu điện kích đóng Relay mở van xả nƣớc 3 giây ( thời gian này để
ngƣời dùng biết hệ thống có tính năng tự động ). Sau khi ngƣời sử dụng đi khỏi ( cảm
biến quang nhận đƣợc tia lazer ) van đƣợc mở để xả 3 giây ( 5 giây cho bồn cầu ) cho
sạch rồi ngắt. Đối với máy sấy, van rửa tay cũng dùng cảm biến quang nhƣ trên,
nhƣng van hoặc máy sấy chỉ mở khi có tay ngƣời đƣa vào và tắt ngay khi ngƣời lấy
tay ra.

9


Nhà Vệ Sinh Tự Động

GVHD : TS. Nguyễn Chí Ngôn

Đèn

Cảm biên sáng
/tối+ cảm biến PIR

Van tiêu

Cảm biến tiêu

Van tiểu

Cảm biến tiểu

Van rửa tay
Cảm biến rửa tay

PLC
Máy sấy

Cảm biến sấy khô
Quạt Khô Nền
Cảm biến Mực
nƣớc cao

Quạt Khô Nền

Cảm biến Mực
nƣớc thấp

Motor bơm nƣớc

Hình 1.1 : Sơ đồ khối hệ thống

10


Nhà Vệ Sinh Tự Động

GVHD : TS. Nguyễn Chí Ngôn

CHƢƠNG 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
I. LÝ THUYẾT VỀ ÁNH SÁNG, BỨC XẠ VÀ CÁC ĐƠN VỊ ĐO QUANG
1. Tính chất ánh sáng và bức xạ
- Ánh sáng có hai tính chất cơ bản là sóng và hạt. Ánh sáng là một dạng của sóng

điện từ, vùng ánh sáng khả kiến có bƣớc sóng từ 0.4 đến 0.7μm. Phổ ánh sáng và sự
phân chia thành các dãy màu của phổ đƣợc biểu diễn trên Hình 2.1.

Hình 2.1: Phổ ánh sáng

Vận tốc truyền ánh sáng trong chân không c = 2.99792km/s, trong môi trƣờng vật chất
vận tốc ánh sáng đƣợc tính theo công thức sau: v =

c
n

, với n là chiết môi trƣờng .

Tần số f và bƣớc sóng λ của ánh sáng liên hệ với nhau bởi công thức :
- Khi môi trƣờng là vật chất: λ =

v
f

-Khi môi trƣờng là chân không : λ =

(2.1)
c
f

(2.2)

-Tính chất hạt của ánh sáng thể hiệ qua sự tƣơng tác của ánh sáng với vật chất. Ánh
sáng gồm các hạt nhỏ gọi là photon, mỗi hạt mang mọt năng lƣợng nhất định , năng
lƣợng này chỉ phụ thuộc vào tần số f của ánh sáng :
W = hf , với h là hằng số Planck(h= 6,6256.10-34J.s)
11


Nhà Vệ Sinh Tự Động

GVHD : TS. Nguyễn Chí Ngôn

Bƣớc sóng của bức xạ ánh sáng càng dài thì tính chất sóng thể hiện càng rõ, ngƣợc lại
khi bƣớc sóng càng ngắn thì tính chất hạt thể hiện càng rõ .

-Lazer : Laser là tên viết tắt của cụm từ Light Amplification by Stimulated
Emission of Radiation trong tiếng Anh, và có nghĩa là "khuếch đại ánh sáng bằng phát

xạ kích thích". tia Laser là nguồn sáng đơn sắc, độ chói lớn, có độ định hƣớng cao và
có tính liên kết mạnh( rất khó xảy ra tán sắc) . laser là ánh sáng đơn sắc, thông lƣợng
lớn và truyền đi với khoảng cách lớn.
2. Các đơn vị đo quang
a. Đơn vị đo năng lượng
- Năng lƣợng bức xạ Q: là năng lƣợng lan truyền hoặc hấp thụ dƣới
dạng bức xạ đo bằng Jun (J)
- Thông lƣợng ánh sáng (Φ): là công suất phát xạ, lan truyền hoặc hấp
thụ đo bằng oát (W):
Φ=

dQ
dt

(2.3)

- Cƣờng độ sáng I: là luồng năng lƣợng phát ra theo một hƣớng cho
trƣớc ứng với một đơn vị góc khối , tính bằng oat/steriadian:
I=

d
d

(2.4)

- Độ chói năng lƣợng (L): là tỉ số giữa cƣờng độ ánh sáng phát ra bởi
một phần tử bề mặt có diện tích dA theo một hƣớng xác định và diện tích hình chiếu
dAn của phần tử này trên mặt phẳng P vuông góc với hƣớng đó .
L=

dI
dAn

(2.5)

Với dAn =dA.cosθ , với θ là góc giữa P và mặt phẳng chứa dA, Độ chói
năng lƣợng đo bằng oat/steriadian.m2
- Độ rọi năng lƣợng (E):là tỉ số giữa luồng năng lƣợng thu đƣợc bởi một
phần tử bề mặt và diện tích của phần tử đó :
E=

d
dA

(2.6)
12


Nhà Vệ Sinh Tự Động

GVHD : TS. Nguyễn Chí Ngôn

Độ rọi năng lƣợng đo bằng oat/m2.
b. Đơn vị đo thị giác
Độ nhạy của mắt ngƣời đối với ánh sáng có bƣớc sóng khác nhau là khác nhau.
Đƣờng cong độ nhạy tƣơng đối của mắt V(λ) vào bƣớc sóng đƣợc biểu diễn hình
2.2:

Hình 2.2: Độ nhạy của mắt phụ thuộc vào bƣớc sóng ánh sáng

Các đại lƣợng thị giác nhận đƣợc từ đại lƣợng năng lƣợng tƣơng ứng thông qua hệ số
tỉ lệ K.V(λ). Theo quy ƣớc, một luồng ánh có năng lƣợng 1W ứng với bƣớc sóng λ m
tƣơng ứng với luồng ánh sáng bằng 680 lumen, do đó K=680.
Do vậy luồng ánh sáng đơn sắc tính theo đơn vị thị giác :
Φv(λ)= 680V(λ).Φ(λ) lumen
Đối với ánh sáng phổ liên tục :
2

Φv = 680 V ( )
1

d ( )
d
d

lumen

(2.7)

Với λ1 , λ2 là giới hạn của vùng ánh sáng nhìn thấy đƣợc .
Tƣơng tự nhƣ vậy ta có thể chuyển đổi tƣơng ứng các đơn vị đo năng lƣợng và đơn vị
đo thị giác .
13


Nhà Vệ Sinh Tự Động

GVHD : TS. Nguyễn Chí Ngôn

Bảng 2.1

II. LINH KIỆN VÀ THIẾT BỊ SỬ DỤNG
1. Điện trở
- Điện trở là linh kiện có tác dụng hạn chế dòng điện .Hay chính xác hơn là tạo ra
dòng điiện có giá trị xác định dựa vào định luật Omh I=

U
.
R

(2.8)
- Trên thị trƣờng có nhiều loại điện trở khác nhau, tùy theo nhiệm vụ cụ thể mà ta
dùng các điện trở cho phù hợp .
Ký hiệu:

14


Nhà Vệ Sinh Tự Động

GVHD : TS. Nguyễn Chí Ngôn

Hình 2.3: Hình ảnh thực tế một số điện trở

Cách đọc điện trở :
+ Đối với điện trở dán đọc theo giá trị ghi trên điện trở .Ví dụ giá trị ghi là 103
, thì giá trị điện trở là : R= 10*103 Ω = 10KΩ.
+ Đối với điện trở có vạch màu : trị số đƣợc quy định theo màu nhƣ sau :
Bảng 2.2: Quy ƣớc màu điện trở

Màu

Vòng Số 1

Vòng Số 2

Vòng Số 3

Vòng Số 4

Đen

0

0

*100

Nâu

1

1

*101

± 1%

Đỏ

2

2

*102

± 2%

Cam

3

3

*103

Vàng

4

4

*104

Xanh lá

5

5

*105

± 0.5%

Xanh lam

6

6

*106

± 0.25%

Tím

7

7

*107

± 0.10%

Xám

8

8

*108

± 0.05%

Trắng

9

9

*109

Vàng nhũ

*10-1

± 5%

Bạc

*10-2

± 10%

15


Nhà Vệ Sinh Tự Động

GVHD : TS. Nguyễn Chí Ngôn

Ví dụ: Điện trở sau có màu : đỏ, tím, cam, vàng nhũ thì giá trị điện trở là (27*103 ±
5% )Ω . Hay 27KΩ với sai số là 5%.

2. Diode
- Chất bán dẫn : Là nguyên liệu để sản xuất ra các loại linh kiện bán dẫn nhƣ
Diode, Transistor mà ta thấy trong các thiết bị điện tử. Chất bán dẫn là những chất có
đặc điểm trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện, về phƣơng diện hoá học thì
bán dẫn là những chất có 4 điện tử ở lớp ngoài cùng của nguyên tử nhƣ Germanium (
Ge) và Silicium (Si). Từ các chất bán dẫn ban đầu ( tinh khiết) ngƣời ta đã tạo ra hai
loại bán dẫn là bán dẫn loại N và bán dẫn loại P, sau đó ghép các miếng bán dẫn loại
N và P lại ta thu đƣợc Diode hay Transistor. Si và Ge đều có hoá trị 4, tức là lớp ngoài
cùng có 4 điện tử, ở thể tinh khiết các nguyên tử Si (Ge) liên kết với nhau theo liên kết
cộng hoá trị nhƣ hình 2.4

16


Nhà Vệ Sinh Tự Động

GVHD : TS. Nguyễn Chí Ngôn

Hình 2.4 : Mô tả liên kết cộng hóa trị của Si

- Bán dẫn loại N: Khi ta pha một lƣợng nhỏ chất có hoá trị 5 nhƣ Phospho (P) vào chất
bán dẫn Si thì một nguyên tử P liên kết với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị,
nguyên tử Phospho chỉ có 4 điện tử tham gia liên kết và còn dƣ một điện tử và trở
thành điện tử tự do => Chất bán dẫn lúc này trở nên thừa điện tử ( mang điện âm) và
đƣợc gọi là bán dẫn N (
Negative : âm ).

Hình 2.5 :Chất bán dẫn loại N

-bán dẫn loại P: Ngƣợc lại khi ta pha thêm một lƣợng nhỏ chất có hoá trị 3 nhƣ
Indium (In) vào chất bán dẫn Si thì 1 nguyên tử Indium sẽ liên kết với 4 nguyên tử Si
theo liên kết cộng hoá trị và liên kết bị thiếu một điện tử => trở thành lỗ trống ( mang
điện dƣơng) và đƣợc
gọi là chất bán dẫn P.

17


Nhà Vệ Sinh Tự Động

GVHD : TS. Nguyễn Chí Ngôn

Hình 2.6 :Chất bán dẫn loại P

-Khi đã có đƣợc hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép hai chất bán dẫn theo
một tiếp giáp P – N ta đƣợc một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm
: Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dƣ thừa trong bán dẫn N khuyếch tán
sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống => tạo thành một lớp Ion
trung hoà về điện => lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữa
hai chất bán dẫn.

Hình 2.7 : Cấu tạo của Diode

18

Nhà Vệ Sinh Tự Động

GVHD : TS. Nguyễn Chí Ngôn

-Ký hiệu và hình ảnh thực tế Diode

Hình 2.8 : Ký hiệu và hình dáng của Diode

- Diode có 2 cực là anode và cathode, và chỉ cho dòng điện di theo một chiều từ
anode sang cathode( khả năng cản trở dòng điện theo chiều anode sang cathode rất
nhỏ, còn cathode sang anode là rất lớn. Diode có tác dụng giống nhƣ van một chiều
trong các mạch điện
3. Tụ điện
Tụ điện là linh kiện cũng đƣợc sử dụng phổ biến nhƣ điện trở. Sự khác nhau giữa tụ
điện và điện trở đó là sự cản trở của tụ điện phụ thuộc tần số điện áp. Đặc trƣng cho
tính cản trở của tụ là dung kháng, dƣợc tính theo công thức (2.9) :
Xc =

1
2 fC

(2.9)

Với f: tần số điện áp (Hz)
C: giá trị tụ điện (F)
- Tụ phân cực và không phân cực : tụ không phân cực thì 2 cực của tụ có vai trò nhƣ
nhau, giá trị của tụ không phân cực thƣờng nhỏ(vài рF). Tụ phân cực thì có hai cực
tính dƣơng và âm, giá trị tụ phân cực thƣờng lớn (vài nghìn μF).

19

Nhà Vệ Sinh Tự Động

GVHD : TS. Nguyễn Chí Ngôn

Ký hiệu :

- Trong thực tế tụ điện đƣợc chia ra thành nhiều loại, theo nhiều cách khác nhau, có
thể kể ra là : tụ thƣờng, tụ hóa, tu xoay ...
Tụ điện hoạt động ắcquy, tức là nạp điện đến khi bão hòa thì lại phóng điện
Sơ đồ nạp điện – phóng điện

Do vậy tụ điện thƣờng đƣợc sử dụng trong các mạch dao động , tạo xung , mạch lọc....
4.Quang Trở
-

Cấu tạo :
Thƣờng đƣợc cấu tạo từ chất bán dẫn nhƣ cadium- sulfide-CdS hoặc Cadium-

selenide-CdSe. Trong vỏ chất dẻo có cửa sổ để ánh sáng chiếu qua. Ngƣời ta đặt
phiến thủy tinh trên đó có rãi các điện cực hình lƣợc khoảng cách giữa các điện
cực chứa lớp bán dẫn, các điện cực dẫn điện đƣợc nối đến các chân cắm xuyên qua
vỏ. Để bảo vệ lớp vỏ khỏi bị ẩm ƣớt, ngƣời ta phủ trên nó một lớp sơn trong suốt,
tùy theo loại quang điện trở mà kích thƣớc bề mặt đó trong phạm vi 0,01 cm2 đến
0,04 cm2.
-

Nguyên lý hoạt động:
Khi có nguồn sáng chiếu vào quang trở sẽ làm phát sinh các electron tự do,

làm gia tăng sự dẫn điện tức làm giảm điện trở của linh kiện.
Nhƣ vậy, quang điện trở là một loại điện trở có giá trị càng giảm khi ánh sáng
chiếu càng mạnh. Điện trở tối trên 300KΩ và khi chiếu ánh sang mạnh trị số này
20


Nhà Vệ Sinh Tự Động

GVHD : TS. Nguyễn Chí Ngôn

giảm xuống khoảng 200Ω.

Hình 2.9: Hình ảnh thực tế quang trở.

Quang trở có ứng dụng rộng rãi trong các mạch có tính điều khiển mà tác nhân
là ánh sáng.
5. Transistor lƣỡng cực (BJT)
Transistor đƣợc hình thành từ ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối
tiếp giáp P-N , nếu ghép theo thứ tự PNP ta đƣợc Transistor thuận , nếu ghép theo thứ
tự NPN ta đƣợc Transistor ngƣợc. về phƣơng diện cấu tạo Transistor tƣơng đƣơng với
hai Diode đấu ngƣợc chiều nhau. Cấu trúc này đƣợc gọi là Bipolar Junction Transitor
(BJT) vì dòng điện chạy trong cấu trúc này bao gồm cả hai loại điện tích âm và dƣơng
(Bipolar nghĩa là hai cực tính).

Hình 2.10: Giới thiệu transistor

Ba lớp bán dẫn đƣợc nối ra thành ba cực, lớp giữa gọi là cực gốc ký hiệu là B (Base),
lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp.
Hai lớp bán dẫn bên ngoài đƣợc nối ra thành cực phát (Emitter) viết tắt là E, và cực

21


Nhà Vệ Sinh Tự Động

GVHD : TS. Nguyễn Chí Ngôn

thu hay cực góp (Collector) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn
(loại N hay P ) nhƣng có kích thƣớc và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị
cho nhau đƣợc
Transistor là dụng cụ bán dẫn đƣợc chế tạo từ Ge hoặc Si. Ngƣời ta pha các tạp
chất khác nhau để tạo các bán dẫn loại P hoặc loại N. Các bán dẫn này đƣợc sắp xếp
theo 3 miền P-N-P hoặc N-P-N. Từ 3 miền này ngƣời ta lấy ra 3 cực khác nhau:
Emiter (E), Base (B), Colector (C). Tùy theo trật tự sắp xếp mà ta có loại transistor
PNP, NPN.
Ký hiệu và mô tả cấu tạo:

Hình 2.11: Cấu tạo và kí hiệu transistor NPN và PNP.

Loại NPN có đáp ứng tần số cao hơn loại PNP.
BJT có thể hoạt động trong 3 vùng:
Vùng ngƣng: IB=0 tức VBE=0
Vùng bảo hòa: VCE =0, nối phát nền và nối thu nền đều đƣợc phân cực thuận
Vùng tác động: VCE thay đổi tuyến tính theo IC, nối phát nền phân cực thuận
nối thu nền phân cực nghịch. Trong lĩnh vực tần số transistor hoạt động trong 2
vùng ngƣng dẫn và vùng bảo hòa.
Transistor thƣờng đƣợc dùng trong mạch khuếch đại, khi đó transistor cần đƣợc
phân cực thích hợp để hoạt động trong vùng tác động. Một ứng dụng khác của
transistor là phân cực cho nó hoạt động nhƣ một chuyển mạch (Switch).Trong trƣờng
hợp này transistor sẽ hoạt động trong hai vùng: vùng ngƣng (transistor ngắt), vùng bảo

hoà (transistor dẫn). Khi đó, transistor nhƣ là một cổng logic (NOT), hoặc có thể sử
22


Nhà Vệ Sinh Tự Động

GVHD : TS. Nguyễn Chí Ngôn

dụng Switch để kích cho rơle đóng một tải khác có dòng cần cung cấp lớn hơn. Vì β
của transistor thƣờng nhỏ, muốn dòng IC đạt yêu cầu của tải thì IB phải lớn, nhƣng
mạch tạo xung kích thƣờng có công suất nhỏ (các IC CMOS cấp dòng ra rất thấp).
Nhƣ vậy, mạch tạo xung kích không thể cung cấp dòng đủ lớn để kích BJT dẫn cấp
dòng cho tải lớn. Để giảm dòng kích IB (tức là tăng β) ta mắc thêm 1 BJT nhỏ có β lớn
với BJT công suất lớn (có β nhỏ theo kiểu Darlington).

Hình 2.12 Cấu tạo transistor Darlington

Một vài thông số của BJT:
UCEmax: Vƣợt quá giá trị giới hạn này transistor sẽ bị đánh thủng.
ICmax: Là dòng điện tối đa mà transistor chịu đựng đƣợc.
Tấn số cắt : Là tần số giới hạn mà Transistor làm việc bình thƣờng, vƣợt quá tần số
này thì độ khuyếch đại của transistor bị giảm.
Hệ số khuyếch đại β: Là tỷ lệ biến đổi của dòng ICE lớn gấp bao nhiêu lần dòng IBE
IC = β.IB
Công xuất cực đại: Khi hoat động transistor tiêu tán một công xuất P = UCE . ICE, nếu
công xuất này vƣợt quá công xuất cực đại của transistor thì transistor sẽ bị hỏng.
Thông số kỹ thuật của một vài transistor thông dụng:

23

Nhà Vệ Sinh Tự Động

GVHD : TS. Nguyễn Chí Ngôn

Bảng 2.3 : Thông số kỹ thuật của một số transistor thông dụng

Tên

P(mW)

F(MHz)

VCB(V)

VCE(V)

VEB(V)

IC(mA)

Hfe(β)

C828

400

80

30

30

5

50

220

C1815

400

80

60

50

5

150

250

A1015

400

80

60

50

5

150

250

A564

400

80

30

30

5

50

220

C1015

33W

1

40

4

500

50

B560

900

100

100

5

700

60/560

80

6. Relay
Relay cũng là một ứng dụng của cuộn dây trong sản xuất thiết bị
điện tử. Nguyên lý hoạt động của Relay là biến đổi dòng điện thành từ trƣờng thông

qua cuộn dây, từ trƣờng tạo ra lực hút đóng tiếp điểm NO ( tiếp điểm thƣờng mở ), mở
tiếp điểm NC ( thƣờng đóng ).
Các tiếp điểm duy trì trong suốt thời gian tồn tại dòng điện nếu cuộn dây bị ngắt điện
các tiếp điểm sẽ trở về trạng thái ban đầu.

Hình2.13 : cấu tạo rơle điện từ
24