ĐỒ ÁN 1

MẠCH BÁO CHÁY DÙNG IC SỐ


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ……………………………………………. 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH ĐO NHIỆT ĐỘ............... 1
1.1 GIỚI THIỆU…………………………………………………………………. 1
1.1.1

Kh

ái niệm về nhiệt độ………………………………………………………………

1

1.1.2

Th

ang đo nhiệt độ …………… …………………………………………………….

2

1.2

PH

ƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ ……………………………………….

2

1.2.1

Ph

ương pháp tiếp xúc………………………………...……………………………

2

1.2.2Phương pháp không tiếp xúc ………………………………......................3

CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MẠCH BÁO CHÁY…………………………. 4
2.1 GIỚI THIỆU LM35…………………………………………………………. 4
2.1.1. Giới thiệu chung……..……………………………………………………………… 4
2.1.2. Sơ đồ chân và nguyên lí hoạt động………………………….……………………5
2.2 CÁC LINH KIỆN KHÁC …………………………………………………... 5
2.2.1. IC7805……………………………………………………………………………….. 5
2.2.2. LM358……………………………………………………………………………….. 6
2.2.3. Transistor C1815…………………………………………………………………… 7

CHƯƠNG 3.THIẾT KẾ ĐỀ TÀI………………………………………... 9
3.1 SƠ ĐỒ KHÔI..................…………………………………………………...

9

3.2 NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG…………………………. ……………………. 11


3.3 THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MẠCH……………………………………… 11

3.3.1.Sơ đổ mạch…………………………………………………………………………... 12
3.3.2. Mô phỏng…………………………………………………………………………….. 13

CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN …………………………………………………………15
CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN …………………………………………………………15. .3


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

HÌNH 1-1: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ IC BÁN DẪN
HÌNH 2-1: LM35
HÌNH 2-2: SƠ ĐỒ CHÂN LM35
HÌNH 2-3: IC 7805
HÌNH 2-4: LM 358
HÌNH 2-5 : SƠ ĐỔ CHÂN LM358
HÌNH 2-6 : TRANSISTOR C1815
HÌNH 3-1 : KHỐI NGUỒN
HÌNH 3-2 : KHỐI CẢM BIẾN NHIỆT ĐỘ


ĐỒ ÁN 1
Trang 1/15

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH ĐO NHIỆT ĐỘ
1.1

GIỚI THIỆU
Xã hội càng phát triển thì nhu cầu sử dụng các thiết bị điện một cách tự động

của con người ngày càng cao. Hiện nay có các phương pháp đo nhiệt độ cần thiết

như báo cháy, cảnh báo quá nhiệt, đo nhiệt độ, độ ẩm phục vụ cho công nghiệp, tuy
nhiên cũng có ưu điểm và nhược điểm.
Từ thời xa xưa, việc cháy nổ hoặc nhiệt độ bất thường của thời tiết, môi trường
hoặc do con người gây ra rất khó để phát hiện và xử lí kịp thời. Khắc phục những
nhược điểm đó, một trong những hệ thống cảnh báo về nhiệt độ đã ra đời giúp ích
nhiều cho đời sống, đó là hệ thống báo cháy. Trong đồ án này sẽ giới thiệu về mạch
báo cháy sử dụng cảm biến nhiệt lm35, loại ic nhỏ gọn và tiến bộ.
Đối tượng nghiên cứu trong đồ án là:
- Tổng quan về hệ thống nhiệt độ
- Cảm biến nhiệt lm35 và cách sử dụng nó trong môi trường
- IC lm358 và cấu trúc về mạch so sánh điện áp
1.1.1 Khái niệm về nhiệt độ
Nhiệt độ là đại lượng vật lí đặc trưng cho cường độ chuyển động của các nguyên
tử, phân tử của một hệ vật chất. Tùy theo từng trạng thái mà chuyển động này khác
nhau.
Ở trạng thái rắn, sự truyền nhiệt xảy ra chủ yếu bằng dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt.
Đối với chất lỏng và khí, ngoài dẫn nhiệt và bức xạ nhiệt còn có truyền nhiệt bằng
đối lưu.


ĐỒ ÁN 1
Trang 2/15

1.1.2 Thang đo nhiệt độ
Có nhiều đơn vị đo nhiệt độ, chúng được định nghĩa theo từng vùng, từng miền
và qua từng thời kì phát triển của khoa học kĩ thuật và xã hội. Hiện nay có 3 thang
đo nhiệt độ chính là:
• Nhiệt độ quốc tế Kelvin, ký hiệu là K.
• Nhiệt độ quốc tế Celsius, ký hiệu là °C.
• Nhiệt độ quốc tế FarhrenHeit, ký hiệu °F.

Đây là ba thang đo nhiệt độ phổ biên nhất hiện nay. Trong đó thang đo K được
quy định là meter trong bảy đơn vị đo của hệ SI.
1.2

PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỆT ĐỘ

1.2.1 Phương pháp tiếp xúc:
Phương pháp đo nhiệt độ trong công nghiệp thường được sử dụng là các nhiệt kế
tiếp xúc. Có hai loại nhiệt kế tiếp xúc, gồm:
• Nhiệt kế nhiệt điện trở
• Nhiệt kế nhiệt ngẫu
Ngoài ra đối với các ứng dụng đơn giản, dải nhiệt độ cỡ -550C ÷ 2000C hiện
nay người ta thường ứng dụng các IC bán dẫn ứng dụng tính chất nhạy nhiệt của
các diode, transistor để đo nhiệt độ.
Cấu tạo của nhiệt kế nhiệt điện trở và cặp nhiệt ngẫu cũng như cách lắp ghép chúng
phải đảm bảo tính chất trao đổi nhiệt tốt giữa chuyển đổi với môi trường đo:
• Đối với môi trường khí và nước: chuyển đổi được đặt theo hướng ngược lại với
dòng chảy.


ĐỒ ÁN 1
Trang 3/15
• Với vật rắn khí: đặt nhiệt kế sát vào vật, nhiệt lượng sẽ truyền từ vật sang
chuyển đổi và dễ gây tổn hao vật, nhất là với vật dẫn nhiệt kém. Do vậy diện tiếp
xúc giữa vật đo và nhiệt kế càng lớn càng tốt.
• Khi đo nhiệt độ của các chất ở dạng hạt (cát, đất...): cần phải cắm sâu nhiệt kế
vào môi trường cần đo và thường dùng nhiệt điện trở có cáp nối ra ngoài.
Các linh kiện điện tử bán dẫn rất nhạy cảm với nhiệt độ, do đó có thể sử dụng
một số linh kiện bán dẫn như diode hoặc transistor nối theo kiểu diode, khi đó điện
áp giữa hai cực U là hàm của nhiệt độ.


Hình 1-1: Sơ đồ nguyên lí IC bán dẫn

Một số loại ic đo nhiệt độ:
Loại IC
AD592CN
LM35
MMB-TS102
REF-02A

Độ nhạy
1μA/°K
±10mV/°K
-2,25mV/°K
2,1mV/°K

Dải đo
-25°C ÷ 105°C
-550°C ÷ 150°C
-40°C ÷ 150°C
-55C ÷ 125°C

Sai số
0,3°C
±0,25°C
±2°C
±0,5°C

1.2.2 Phương pháp không tiếp xúc
Đây là phương pháp dựa trên định luật bức xạ của vật đen tuyệt đối, tức là vật

hấp thụ năng lượng theo mọi hướng với khả năng lớn nhất. Bức xạ nhiệt của mọi
vật thể đặc trưng bằng mật độ phổ với một đơn vị diện tích của vật và xảy ra trên
một đơn vị của độ dài sóng.


ĐỒ ÁN 1
Trang 4/15

CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MẠCH BÁO CHÁY
2.1 GIỚI THIỆU LM35
2.1.1. Giới thiệu chung
Là một cảm biến nhiệt độ tương tự, nhiệt độ được xác định bằng cách đo diện áp
ngõ ra của LM35.

Hình 2-1: LM35

Điện áp đầu vào
Điện áp đầu ra
Công suất tiêu thụ
Phân giải điện áp đầu

4 đến30V
-1 đến 6V
60uA
10mV/°C

ra
Nhiệt độ phòng
Nhiệt độ ngoài trời


¼ °C
-55°C đến 150°C


ĐỒ ÁN 1
Trang 5/15

2.1.2. Sơ đồ chân và nguyên lí hoạt động

Hình 2-2: Sơ đồ chân LM35

• Chân Vs là chân câp điện áp chuẩn từ 4 đến 30VDC
• Chân Vout là chân điện áp ngõ ra
• Chân GND chân nối mass
Nguyên lí hoạt động LM35:
Cảm biến LM35 hoạt động bằng cách cho ra một điện áp nhất định tại chân Vout
( chân giữa) ứng với mức nhiệt độ. Như vậy bằng các đưa vào chân bên trái của
LM35 điệp áp 5V, chân phải nối đất ,đo hiệu điện thế ở chân giữa bằng các chân
gắn với vi điều khiển sẽ thu được nhiệt độ hiện tại.
2.2 CÁC LINH KIỆN KHÁC
2.2.1 IC 7805

Hình 2-3: IC 7805


ĐỒ ÁN 1
Trang 6/15

7805 là IC thông dụng dùng để ổn định điện áp ngõ ra từ 220V sang 5V cho phù
hợp với mạch nguồn

Dòng cực đại có thể duy trì 1A.
Dòng đỉnh 2.2A.
Công suất tiêu tán cực đại nếu không dùng tản nhiệt: 2W.
Công suất tiêu tán nếu dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W.
Sơ đồ IC 7805 có 3 chân:
• Chân số 1 là chân IN
• Chân số 2 là chân GND
• Chân số 3 là chân OUT
Ngõ ra OUT luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi. Mạch
này dùng để bảo vệ những mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 5V (các loại IC
thường hoạt động ở điện áp này). Nếu nguồn điện có sự cố đột ngột: điện áp tăng
cao thì mạch điện vẫn hoạt động ổn định nhờ có IC 7805 vẫn giữ được điện áp ở
ngõ ra OUT 5V không đổi.
2.2.2 LM358
LM358 là bộ khuếch đại thuật toán kép công suất thấp, bộ khuếch đại này có ưu
điểm hơn so với các bộ khuếch đại thuật toán chuẩn trong các ứng dụng dùng nguồn
đơn. Chúng có thể hoạt động ở nguồn điện áp thấp từ 3V hoặc cao đến 32V, với
dòng tĩnh khoảng 1/5 dòng tĩnh của MC1741. Trong nhiều ứng dụng, dải điện áp
ngõ vào đồng pha gồm cả nguồn âm, do đó có thể loại trừ sự cần thiết của các thành
phần thiên áp bên ngoài trong nhiều ứng dụng. Dải điện áp ngõ ra cũng có thể bao
gồm nguồn điện áp âm.


ĐỒ ÁN 1
Trang 7/15

Hình 2-4: LM358

Hình 2-5: Sơ đồ chân LM358


Bên trong LM358 có 2 con opamp. Mỗi opamp có 3 chân: ngõ vào đảo(- input),
ngõ vào không đảo (+ input), và ngõ ra.
Khi hiệu điện thế +input cao hơn - input, ngõ ra ở mức cao (+Vss), ngược lại
ngõ ra ở mức thấp (-Vss).
Ứng dụng: dùng so sánh điện áp, chuyển đổi Analog - Digital, cảm biến đo
lường, khuếch đại,…
Các đặc trưng của IC LM358:
• Công suất cực máng thấp.
• Có 2 bộ khuyếch đại thuật toán bên trong IC, có độ lợi cao.
• Tương thích với nhiều loại dạng mạch logic.
• Các chân lối ra tương thích với khuếch đại thuật toán kép phổ biến MC1558.
IC LM358 tương ứng với 1 nửa IC LM324.
2.2.3 Transistor C1815


ĐỒ ÁN 1
Trang 8/15

Hình 2-6: Transistor C1815
Trong điện tử, transistor (transfer-resistor) là một linh kiện bán dẫn. Khi hoạt
động trong mạch điện, transistor có vai trò như một cái van cách li hay điều chỉnh
dòng điện, điện áp trong mạch. Từ vai trò này, transistor được ứng dụng rộng rãi.
Transistor gồm 3 lớp bán dẫn loại P và loại N ghép lại với nhau. Do đó có 2 loại
transistor là NPN và PNP.

Transistor C1815 là transistor thuộc loại transistor NPN.
C1815 có Uc max = 50V dòng Ic max = 150mA
Hệ số khuếch đại hFE của C1815 trong khoảng 25 đến 100.
Thứ tự các chân từ trái qua phải: E C B
Nhiệt độ chịu dc:125*C

Tần số hoạt động : 80Mhz
Cob=3.5pF
rbb'=50 Ohm


ĐỒ ÁN 1
Trang 9/15

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ ĐỀ TÀI
3.1 SƠ ĐỒ KHỐI

KHỐI CHUÔNG BÁO

KHỐI CẢM BIẾN NHIỆT

KHỐI NGUỒN

Khối cảm biến nhiệt: khi có dòng điện chạy qua, ở nhiệt độ bình thường ngõ ra
lm35 là mức thấp=> điện áp ở LM358 V- > V+ làm ngõ ra transistor ơ mức thấp
làm mạch không hoạt động. Khi nhiệt độ lm35 vượt quá ngưỡng bình thường,
LM358 sẽ so sánh áp, khi đó V+ > V- suy ra ngõ ra ở mức cao, kích transistor lên
mức cao=> mạch hoạt động.
Khối nguồn: Nguồn cấp và từ 7,5-15VDC. Mạch sử dụng ic ổn áp 7805 để ổn
định điện áp ngõ ra 5V. Với dòng điện tối đa 1A. Diode D1 dùng để phân cực nguồn
vào nhằm bảo vể mạch không bị ảnh hưởng khi cấp nguồn ngược. Tụ C11 nhằm lọc
nhiểu nguồn ra. LED D1 báo nguồn, R2 là điện trở hạn dòng cho LED.


ĐỒ ÁN 1
Trang 10/15


Hình 3-1: Khối nguồn

Mạch sử dụng LM35 làm cảm biến nhiệt độ, IC Op-Amp LM358 làm bộ so sánh
điện áp. Ở nhiệt độ bình thường giá trị LM35 bằng 27°C. Phần cảm biến nhiệt độ
mạch sử dụng cảm biến LM35 có giải nhiệt độ đo được từ 0 ~ 150°C. Cảm biến
LM35 biến đổi giá trị nhiệt độ thành điện áp tương ứng. Với cảm biến LM35 thì độ
biến đổi là 10mV/oC. Tại thời điểm 0°C thì đầu ra của LM35 là 10mV ==> tại
150°C thì điện áp đầu ra là 1.5V
Điện áp ngưỡng báo động được đặt bởi biến trở RV2(10k). Có thể chỉnh được từ
0-5V cấp vào chân (-) op-amp. Ví dụ ta đặt mạch báo động ở nhiệt độ 30°C. Vậy
khi ở nhiệt độ nhỏ hơn 30°C thì V(+)<V(-) -> Ngõ ra Op-amp ở mức thấp xấp sỉ
0V. R5 phân cực cho transitor Q1. Khi ngỏ ra Op-amp bằng 0 thì Q1 không dẫn.
LED D2 không sáng ==> không tác động đến mạch còi báo.
Khi nhiệt độ lớn hơn 30°C giá trị biến trở nhiệt giảm -> V(+)>V(-) -> ngõ ra opamp xấp sỉ 5V -> Q1 dẫn -> LED D2 báo sáng ==> tác động đến khối còi báo
động.


ĐỒ ÁN 1
Trang 11/15

Hình 3-2: Khối cảm biến nhiệt độ

3.2 NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG
Để bảo vệ thiết bị khi quá nhiệt độ thì chúng ta phải tinh chỉnh biến trở VR1 để
có nhiệt độ bảo vệ mong muốn. Tín hiệu đặt này sẽ được so sánh với tín hiệu từ cảm
biến LM35 thông qua Opam. Bình thường thì điện áp tại chân không đảo sẽ nhỏ
hơn tín hiệu đặt nên tín hiệu đầu ra tại chân 3 của LM358 sẽ ở mức 0 nên không
kích mở được transitor. Khi có một sự cố nào đó nhiệt độ tăng cao làm điện áp tại
chân không đảo cao hơn nhiệt độ ở chân đảo nên đầu ra của Opam sẽ ở mức 1 nên

kích mở transitor hoạt động .
Điện áp tham chiếu được điều khiển bởi VR2 được điều khiển trong giải (0 ~
1.5V) tương ứng với (0°C ~ 150°C). Nguyên lý của mạch là so sánh tín hiệu đặt và
tín hiệu đo được để điều khiển đầu ra.Khi ở nhiệt độ khác nhau thì LM35 sẽ cho ra
điện áp khác nhau nằm trong giải nhiệt độ đo được.
3.3

THIẾT KÊ VÀ MÔ PHỎNG MẠCH


ĐỒ ÁN 1
Trang 12/15

3.3.1. Sơ đồ mạch


ĐỒ ÁN 1
Trang 13/15

3.3.2. Mô phỏng


ĐỒ ÁN 1
Trang 14/15


ĐỒ ÁN 1
Trang 15/15

CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN

Sau khi được giao đề tài đồ án, em đã tiến hành xây dựng và thiết kế hoàn chỉnh
hệ thống mạch như yêu cầu. Kết quả đạt được :
•

Nắm bắt được thông tin cơ bản về các loại cảnh báo nhiệt độ và phương
thức đo nhiệt độ chuẩn xác.

• Hiểu được công dụng và cách ứng dụng cần thiết,biết cách thực hành và
thi công mạch hoàn chỉnh.
Ưu điểm :
Nhỏ gọn, dễ sử dụng, được áp dụng nhiều trong đời sống.
Cảnh báo được sự cố khi quá nhiệt độ.
Giá thành rẻ, tiện lợi.
Nhược điểm:
Dễ bị hư hỏng do cấp sai nguồn.
Mạch chạy không ổn định.
Hiệu năng làm việc không cao, không áp dụng được phạm vi rộng.


ĐỒ ÁN 1
Trang 1/15