HỆ THỐNG NẤU NƯỚC SINH HOẠT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN HỆ THỐNG NẤU NƯỚC SINH HOẠT, thuyết minh THIẾT KẾ HỆ THỐNG NẤU NƯỚC SINH HOẠT, HỆ THỐNG NẤU NƯỚC SINH HOẠT

Ngày nay, với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến, thế giới ngày càng thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Đặc biệt, điện tử đang trở thành một ngành học đa nhiệm vụ. Nó đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng từ các lĩnh vực công-lâm-ngư-nghiệp cho đến các nhu cầu cần thiết trong đời sống hoạt động hằng ngày.
Và đề làm sáng tỏ, minh họa cho sự hữu dụng của điện tử đối với hoạt động đời sống hằng ngày, nhóm chúng em xin chọn đề tài “Hệ thống nấu nước sinh hoạt”. Đề tài này ngoài tác dụng cho ra nước chín còn giúp cho mọi người tiết kiệm thời gian lãng phí khi phải quan sát nước chín hay chưa trong lúc nấu nước.
Toàn bộ nội dung đồ án này bao gồm 03 phần:
Phần 1: Nói về lý thuyết cơ sở, phần này sẽ khái quát lại một số kiến thức liên quan đến các linh kiện điện tử dùng trong đề tài.
Phần 2: Trình bày sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý, lưu đồ giải thuật; miêu tả nguyên lý hoạt động, viết chương trình điều khiển “Hệ thống nấu nước sinh hoạt”; tính toán thiết kế và kết quả thi công.
Phần 3: Tài liệu tham khảo
Chúng em thiết nghĩ rằng nội dung trong phần 1 có thể chưa thật sự đầy đủ,chi tiết và những lý luận trong mục “ tính toán thiết kế ” của phần 2 có lẽ chưa được thuyết phục, rõ ràng. Song, mặc dù đã cố gắng rất nhiều nhưng trình độ và kinh nghiệm của chúng em còn hạn chế.Do đó,chắc chắn quyển đồ án này không tránh khỏi sai sót.Vì vậy,chúng em kính mong quý thầy cô thông cảm và dạy bảo thêm.
                        ngày 10 tháng 10 năm 2012
                                Nhóm thực hiện
 

                                  LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, chúng em xin gởi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu trường  , Khoa Điện tử – Tin học và Quý thầy cô đã tận tình dạy dỗ, dìu dắt, giúp đỡ chúng em từ ngày mới vào trường đến nay .

Tiếp theo, chúng em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến thầy   vì đã tận tình chỉ bảo hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp. Chính nhờ những kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báo của thầy, chúng em mới hoàn thành được đồ án tốt nghiệp của mình .

Sau này, chúng em có quyền tự hào vì đã được học tại ngôi trường có bề dày lịch sử, có uy tín trong việc đào tạo những sinh viên lành nghề. Đặc biệt, nơi đó có những giáo viên luôn tận tình hướng dẫn, dạy dỗ sinh viên để họ trở thành những kỹ thuật viên “vững lý thuyết, giỏi tay nghề”.

Cuối cùng chúng em  xin kính chúc Quý nhà trường ngày càng phát triển vững mạnh, quý thầy cô cùng gia đình luôn dồi dào sức khoẻ, tràn đầy niềm vui và hạnh phúc trong cuộc sống .

                                                                   Nhóm thực hiện

MỤC LỤC

Hệ Thống nấu nước sinh hoạt                                              Trang

Phần 1:  Lý thuyết cơ sở                                                               

I. IC AT89C51                                                                            

II. Nhiệt trở                                                                                   

III. Op - Amp                                                                                 

Phần 2: Thực hiện đề tài                                                              

I.Sơ đồ khối                                                                                

II. Sơ đồ nguyên lý                                                                     

III. Lưu đồ giải thuật                                                                   

IV. Nguyên lý hoạt động, chương trình điều khiển đề tài         

V. Tính toán thiết kế                                                                   

VI. Kết quả thi công                                                                   

Phần 3:                                                                                       

Tài liệu tham khảo                                                                       

I ) IC AT89C51 :

• Là một hệ vi tính 8 bit đơn chip CMOS có hiệu suất cao, công suất nguồn tiêu thụ thấp. Chip ngày do hãng Intel của Mỹ sản xuất dựa vào công nghệ bộ nhớ không mất nội dung, có độ tích hợp cao của Atmel.
• Là một bộ vi điều khiển của họ vi điều khiển MCS-51, bao gồm các đặc trưng như:

• 4k byte bộ nhớ EPROM bên trong dùng để lưu chương trình điều khiển.
• 128 byte RAM nội.
• 4 port xuất/nhập (Input/Output) 8-bit.
• 2 bộ định thời/đếm 16-bit.
• Một cấu trúc ngắt hai mức ưu tiên và 5 nguyên nhân ngắt.
• Một port nối tiếp song công, mạch dao động và tạo xung clock trên chip.

1/ Sơ đồ khối :

2/ Sơ đồ chân :

a) Các port :

• Port 0 (các chân từ 32 đến 39) :

• Trong các hệ thống điều khiển đơn giản sử dụng bộ nhớ bên trong, không dùng bộ nhớ mở rộng bên ngoài thì port 0 được dùng làm các đường điều khiển I/O (Input/Output).
• Trong các hệ thống điều khiển lớn sử dụng bộ nhớ mở rộng bên ngoài thì port 0 được dùng làm bus địa chỉ (byte thấp) và bus dữ liệu đa hợp.

• Port 1 (các chân từ 1 đến 8) :

Không có chức năng khác, dùng để điều khiển xuất nhập khi giao tiếp với các thiết bị bên ngoài.

• Port 2 (các chân từ 21 đến 28) :

• Trong các hệ thống điều khiển đơn giản sử dụng bộ nhớ bên trong, không dùng bộ nhớ mở rộng bên ngoài thì port 2 được dùng làm các đường điều khiển I/O.
• Trong các hệ thống điều khiển lớn sử dụng bộ nhớ mở rộng bên ngoài thì port 2 được dùng làm bus địa chỉ (byte cao).

• Port 3 (các chân từ 10 đến 17) :

• Ngoài chức năng điều khiển xuất / nhập, port 3 còn có các chức năng sau:
• ....................................

Bộ nguồn DC (Direct current): là bộ phận giúp tạo ra điện áp một chiều (DC) ± 5 V        

Cảm biến: gồm hai bộ phận cảm biến nhiệt và cảm biến mực nước. Chúng hoạt động độc lập với nhau.

Bộ phận cảm biến nhiệt độ: dùng  2 nhiệt trở

Bộ phận cảm biến mực nước: là tiếp điểm hay 2 dây đồng . . . sao cho nước là tiếp điểm, 2 dây đồng đó . . . nối tắt lại.

• Vi điều khiển: dùng IC AT89C51
• Phần tử chấp hành: là rờ-le, làm nhiệm vụ như bơm, nấu, báo hiệu ra loa.

III ) Lưu đồ giải thuật

IV ) Nguyên lý hoạt động, chương trình điều khiển

1/ Nguyên lý hoạt động

“Hệ thống nấu nước sinh hoạt” có hai bình nước: 1 bình chứa nước sống (nước trước khi nấu) và 1 bình thực hiện việc nấu nước (gọi là bình nấu nước). Mỗi bình đều có bộ phận cảm biến để nhận biết mực nước hiện tại trong nó (bình chứa nước sống có hai đầu dò cảm biến, bình nấu nước có 2 đầu dò cảm biến mức cao, mức thấp để nhận biết mực nước đó đầy hay cạn)

Khi ta cấp điện cho hệ thống, ban đầu vị trí mực nước trong bình nấu nước thấp hơn vị trí đầu dò mức thấp. Bình chứa nước nấu sẽ kiểm tra mực nước trong đó; nếu mực nước trong bình chứa nước sống bằng mức cho phép (tức là vị trí mực nước bằng vị trí đầu dò) thì bình chứa nước sống sẽ bơm nước vào làm đầy bình nấu nước. Lúc này, bình nấu nước sẽ nấu cho đến khi sôi, rồi ngưng nấu khi nước sôi. Sau đó sẽ nấu lại khi nhiệt độ nước giảm quá mức cho phép. Chu kỳ nấu, không nấu lặp đi lặp lại cho đến khi nào nước trong bình nấu nước thấp hơn vị trí đầu dò mức thấp thì hệ thống sẽ quay lại thực hiện những công việc từ trạng thái ban đầu.

2/ Chương trình điều khiển “Hệ thống nấu nước sinh hoạt”

V ) Tính toán thiết kế

1/ Chọn giá trị các điện trở

a) Mạch cảm biến 

     Mục đích :

*không có nước thì Op-Amp bão hòa âm

          *có nước thì Op-Amp bão hoà dương

        Ta có : dòng phân cực ngõ vào của Op-Amp 741 là I_b = 200 nA

         I_b rất nhỏ   ta cho I_b= 0

   + Khi không có nước :

Vì I_b = 0  V_R1 luôn bằng 0 và không lệ thuộc vào R1.

Nếu chọn R1= 100 K,ta có :

               V_100K = I_b.R1= 0.100 = 0 (V)

           V- = 5 – V_100K = 5 (V)

         muốn cho Op-Amp bão hòa âm thì V+ < V-

         Với V- = 5 V, ta phải chỉnh R3 sao cho V+ <5 V

Chọn R2=R3=10 K,ta có :

. khi R3 = 10 K V+ =5 V

. khi R3 =   0 K V+ = 0 V

Như vậy,R3 biến thiên từ 10 K 0 K sẽ làm cho V+ biến thiên từ 5V đến 0 V.Điều này luôn làm cho V+ < V-  Op-Amp luôn bão hòa âm hợp lý.

   + Khi có nuớc,nước sẽ làm cho đầu dò nối tắt lại (do nước có điện trở rất nhỏ).Mạch tương đương :

Toàn bộ điện áp âm đặt vào chân số 2 của Op-Amp

 V- luôn nhỏ hơn V+ (cho dù V+ có biến thiên từ 5 V 0 V thì V+ vẫn lớn  hơn V-

 Lúc này,Op-Amp bão hòa dương

b) Mạch cảm biến nhiệt độ

                               
Mục đích :

  * lúc chưa nấu,Op-Amp bão hòa dương

  * lúc nấu,Op-Amp bão hòa âm

                  Ta chọn Rth = 560  ,R1=1 K

        + Lúc chưa nấu :

                     V_Rth  = V+ = .560 = 3,58 (V)

Nếu chọn giá trị R2 và R3 như ở mạch cảm biến mực nước (R2=R3=10 K) thì khi đó R3 sẽ biến thiên từ 10 K 0 K sẽ làm cho V- biến thiên từ 5 V đến 0 V.Thế thì lúc chưa nấu,muốn cho Op-Amp bão hòa dương ta phải chỉnh R3 sao cho V- < V+ (V- < 3,58 V).Giả sử V- = 3 V

        + Lúc nấu :

                      V_Rth  = V+ = .560 = 3,58 (V)

Điện trở Rth sẽ giảm từ từ ,làm cho V+ giảm từ từ .Đến một lúc nào đó,V+ sẽ nhỏ hơn 3 V.

Nhưng ở đây,ta cố chỉnh R3 sao cho đến một nhiệt độ thích hợp thì Op-Amp mới chuyển sang trang thái bão hòa âm mà vẫn giữ được điều kiện V-<3,58 V.

c) Mạch tạo nhạc
              
                     Đây là mạch có sẵn trên internet.
tụ  0,1 :làm cho IC nhạc tạo tần số ổn định
điện trở 4,7 K : làm hạn dòng qua transistor

2/ Chọn các linh kiện khác

Ngoài điện trở,các linh kiện khác đều nằm trong tài liệu tham khảo.

VI ) Kết quả thi công

1/ Mạch cảm biến mực nước
         

2/ Mạch cảm biến nhiệt độ

Nhận xét :

+ đối với mạch cảm biến mực nước :

             giá trị điện trở giảm là do nội trở trong mạch sau khi ráp mạch (nghĩa là các giá trị các điện trở phụ thuộc lẫn nhau,mỗi điện trở cho ra một giá trị tương ứng,không còn theo giá trị ban đầu trước khi ráp mạch).

             giá trị biến trở giảm là do nội trở trong mạch và cũng do ta chỉnh để Op-Amp đổi trạng thái

+ đối với mạch cảm biến nhiệt độ :

             nguyên nhân giá trị điện trở giảm giống như mạch cảm biến mực nước

             nguyên nhân giá trị biến trở giảm là do nội trở trong mạch và cũng do ta chỉnh để Op-Amp đổi t   

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN HỆ THỐNG NẤU NƯỚC SINH HOẠT, thuyết minh THIẾT KẾ HỆ THỐNG NẤU NƯỚC SINH HOẠT, HỆ THỐNG NẤU NƯỚC SINH HOẠT