UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCUREŞTI FACULTATEA DE TRANSPORTURI SPECIALIZAREA: TELECOMENZI ŞI ELECTRONICĂ ÎN TRANSPORTURI
PROIECT C.I.A. APLICATII ALE CIRCUITULUI INTEGR AT AT “LM 741”
SENZOR DE UMIDITATE
PROFESOR INDRUMATOR: S.I.drd.ing. STAN VALENTIN
STUDENT: SORICA GABRIEL-CIPRIAN GRUPA: 8315
CUPRINS: 1. Descrierea temei 2. Schema bloc - Descrierea blocurilor 3. Schema electronica - Descrierea componentelor 4. Diagrama de defectare 5. Lista de componente si calcul economic 6. Schema cablaj 7. Bibliografie
1.TEMA PROIECTULUI Folosind un circuit integrat LM 741, sa se proiecteze un circuit care sa raspunda la prezenta/absenta unui lichid in anumite puncte de pe traseul unei magistrale de conducte. Senzorul folosit pentru detectia apei(benzina, motorina, petrol, apa reziduala, melasa, solutie clorosodica) este o placuta cu detector de umiditate EC5 si are ca componenta de citire un amplificator operational compus din circuitul integrat LM 741 iar ca element de comanda pentru semnalizare si comanda oprire pompa oleoconduct (sau orice at material mentionat) un releu sau dispozitiv de comanda pentru medie putere.
2.SCHEMA BLOC
ALIMENTARE CIRCUIT
SEnzor umiditate
SISTEM DE COMPARARE
EC-5
ALIMENTARE RETEA
SISTEM CONTROL ON/OFF POMPE
Lampa de semnalizare (bec)
Descrierea schemei bloc Cum se poate observa pe figura pentru aceasta aplicatie avem nevoie de un circuit de alimentare care sa sustina blocurile functionale ale schemei si componentele acesteia: -circuitul integrat si componentele interne ale acestuia; -tensiune de referinta; -tranzistorul de comanda releului;
-releul de comanda semnalizare avarie si circuit de pornire si oprire in caz de avarie a pompelor ce alimenteaza conductele. Acest circuit se poate realize cu usurinta, Ieftin si rapid folosind un transformator de retea monofazat care sa reduca tensiunea de alimentare de la 220V c.a in jurului lui 15V c.a.,o punte redresoare si un filtru cu condensator care sa netezeasca pulsatiile dupa redresare. Pentru a obtine o mai mare stabilitate a tensiunii de alimentare se poate folosi un stablilizator integrat de tensiune de tipul 7812 care garanteaza la iesirea sa o tensiune continua si stabila in timp. Pentru protectia circuitului se vor introduce in primarul transformatorului de reta 2 sigurante fuzibile dimensionate corespunzator. Tot cu rol de protectie la supratensiuni are si circuitul stabilizator 7812. Blocul responsabil cu preluarea si traducerea informatiei din exterior din intensitate luminoasa in marime electrica este constituit de un element fotosensibil (fotorezistor).Fotorezistor va permite trecerea curentului prin ea in functie de variatia intensitati luminoase, daca este unul cu coefficient negativ de variatie curentul prin fotorezistor va scadea iar daca es te cu coeficient pozitiv aceasta va creste. Curentul ce se stabiliste prin fotorezistor generat de tensiunea de alimentare,va suferi in mod clar o variatie. Aceasta variatie va fi sesizata de unul din cele patru comparatoare din LM714 prin raportarea ei la un prag de referinta furnizat de sursa de referinta. Aceasta sursa nu este nimic mai mult decat o diode Zener cu o valoare convenabila alimentata printr-un rezistor de balast de pe alimentarea generala. Asa numitul sistem de comparare alcatuit din ¼ LM714 da comanda ce actioneaza blocul de comutare. BLocul de comutare este realizat dintr-un releu care in urma comenzii primite se atrage si prin contactele acestuia inchide circuitul becului la tensiunea retelei permitandui aprinderea. Pornind de la acest sablon se pot realiza mai multe variatii ale acestei aplicatii,astfel fotorezistor poate fi inlocuita cu termistor sau fototranzistor facand ca montajul sa devina dependent de alta marime variabila, sau poate fi inlocuit de o marca tensiometrica, montajul devenind dependent de exercitarea unei presiuni sau tensiuni mecanice.Releul comutator poate fi unul cu o singura ramura de contacte (sau chiar cu doua dar folosita una singura) care sa aprinda un bec sau unul cu doara ramuri care sa comute intre doua becuri colorate de exemplu. In loc de bec desigur se poate folosi aproape orice tip de dispozitiv: ventilator, electrovalva, poma de aer, de apa, etc.
3.SCHEMA ELECTRICA
Schema electrica s-a construit in jurul unei aplicatii tipice a circuitului integrat LM 741 asa numitul comparator neinversor cu histerezis. R1, R2 si R3 formeaza un ansamblu (o punte) care asigura atacul comparatorului cu variatia semnalului tradus din flux luminous in electric. Ca fotorezistor s-a ales BPW21R cu coeficient de variatie negative deoarece rezistenta electrica e comparabila cu
.
Pe pinul 4 se aplica tensiunea de referinta necesara comparatorului. Condensatorul comparator.
are rolul de a decuple fata de masa pinul 4 de intrare (-) in
Comparator neinversor cu histerezis Potentiometrul sau rezistorul semireglabil
are rolul de a face posibila
ajustarea sensibilitatii fotoelementului pentru a declansa mecanismul la un anumit nivel al fluxului luminos.
Rezistoarele R4,R5 au rolul in polarizarea tranzistorului T pentru alimentarea releului. In momentul in care se modifica starea logica a bitului de comanda, curentul debitat este insa destul de mic si deci insufficient pentru controlul releului fiind necesara o amplificare a acestui curent. Tranzistorul T are asadar jonctiunea baza-emitor polarizata dar este necesara si polarizarea jonctiunii baza-colector pentru a capta golurile electronice produse la polul pozitiv al sursei releului si a realiza astfel amplificarea necesara.
Acest rol revine diodei D1. Rolul sau este de a asigura deci un potential negativ pe colectorul lui T,dar si de a dirija curentului de colector catre releu, rezistenta opusa de ea pe traseul (in sensul de neconductie) fiind mult mai mare decat cea a
releului. Acest curent de dupa amplificare ar trebui sa ajunga la o valoare suficienta pentru deschideerea releului.
CIRCUITUL INTEGRAT LM741 Circuitul integrat LM 741 contine patru comparatoare independente si un etaj comun de alimentare. Iesirea este clasa A transistor cu colector in gol. Timpul de raspuns la semnal mare, de 0,3 us satisface cerintele de compatibilitate cu circuitele TTL pentru aplicatii industriale. Caracteristici notabile: Tensiuni de alimentare: - sursa simpla 2 V 36 V -sursa dubla
1V
18 V
Curent de alimentare: - 0,8 mA independent de U alim Tensiunea de saturatie: 250 mv la 4 mA Iesirea compatibila cu TTL,DTL,MOS si CMOS Tensiunea de offset si curentii de intrare redusi Configuratia terminalelor:
Schema electrica interna a LM 741 Caracteristici electrice:
Senzorul de umiditate
Detalii EC-5 este un senzor compact (numai 5 cm lungime si 0,5 c m grosime) usor de instalat, ce poate fi lasat in sol, sau in mediu lichid, in incinte sub presiune care nu au temperature inalta, perioade indelungate de timp. 10HS este similar cu EC-5, insa avand o lungime de 10 cm, masoara un volum de sol mai reprezentativ. Acesti senzori sunt la un cost redus, ceea ce permite o monitorizare in multe puncte a suprafetei sau coloanei destinata monitorizari. EC-TM masoara simultan cu umiditatea si temperatura acestuia. Are electrozi de 5 cm luncime, ca si EC-5. 5TE este un produs mai nou decat EC-TM si masoara simultan umiditatea, temperatura si conductivitatea electrica a mediului poros in care este instalat (in principal in soluri si substrate de crestere a plantelor). MPS-1 determina potentialul de suctiune a apei in solul in care este instalat, prin masurarea umiditatii unei placi ceramice cu curba de retentie cunoscuta, aflata in echilibru cu solul inconjurator.
Sistem de pompare amplasat la capatul conductelor Senzorii montati pe conducte si in camine transmit informatii despre functionarea retelelor prin reteaua GSM, direct la dispeceratul Aquatim, unde sunt vizualizate pe monitorul unui calculator.
„Sistemul existent de monitorizare a retelei de apa a fost extins la 32 puncte fixe de masura si
sase puncte itinerante de co ntrol, printr-o importanta investitie finalizata anul acesta. Acelasi sistem a fost implementat si pe reteaua de canalizare. La zece statii de pompare a apelor uzate este urmarita on-line functionarea pompelor, put and fi sesizate avariile, dar si inundarea
caminului sau patrunderea prin efractie”. In reteaua de apa sunt monitorizate presiunea, debitul si sensul de curgere. Sistemul semnaleaza imediat aparitia avariilor, reducand timpul de interventie si de rezolvare a acestora.„Mentinerea unei presiuni constante in sistem este foarte importanta, deoarece calitatea apei este in stransa corelatie cu presiunea si cu se nsul de circulatie. Orice diferenta de presiune din sistem duce la schimbarea sensurilor de curgere si la antrenarea suspensiilor din conducte. Un alt parametru urmarit automat, cu impact asupra sigurantei consumatorilor este concentratia de clor din apa din reteaua de distributie. Pe langa rolul de monitorizare si control imediat, sistemul ne ajuta si la previzionarea investiitiilor pentru reabilitarea portiunilor de retea unde apar frecvent defecte”.
RELEUL
Din punct de vedere constructiv releul este compus dintr-un numar n de contacte care sunt inchise sau deschise cu ajutorul unor armaturi ce sunt astrase sau respinse de n bobine strabatute de curentul de comanda. Asadar este un dispozitiv electromagnetic capabil sa comute sau sa intrerupa un circuit in urma unei comenzi externe sub forma unui impuls de tensiune.La un releu obisnuit,de uz general,starea circuitului se mentine atata timp cat este prezneta comanda.Exista insa si varietati de relee,mai complexe,care raman anclansate pana la aparitia unei comenzi,fie electrica fie mecanica.
Schema principiala a unui releu simplu:1 n pini alimentare 1’ pini semnal
n’
Releul utilizat in montaj
4.DIAGRAMA DE DEFECTARE Diagrama analizeaza functionarea circuitului si prez inta etapele verificarii functionarii Verific device acestuia. exterior (cu fotorezistenta in regim de noapte)
LED aprins?
Circuit
Se verifica
functional
LED-ul verde on/of
Exista U pe LED on/off?
Se verifica BD135
Schimb LED.
T1
BD135 functional?
Schimb BD135
T1
Verific LM 741
LM 339
Schimb LM 741
Schimb P1
P1
Verific P1
Verific RELEUL Schimb RELEUL Verific REZISTENTELE Schimb REZISTENTE Verific condensatoare si fotorezistenta iar daca nu functioneaza se vor schimba!
5.LISTA COMPONENTE SI CALCUL ECONOMIC
Nr. Crt. 1. 2. 3. 4. 5. 7.
Indicativul componentei R1 R2 R3 R4 R5 P1
8.
R6
9.
Fr
10. 14.
C1 Releu
15. 16. 17.
LED T C.I. TOTAL
Detalii
Valoare
Rezistor Rezistor Rezistor Rezistor Rezistor Rezistor semireglabil Rezistor Fotorezistenta FR12/100K Condensator Releu Led Tranzistor Circuit integrat 19.77
10 KΩ 470 Ω 470 Ω 100 KΩ 1 KΩ 10 KΩ
Nr. bucati 1 1 1 1 1 1
Pret RON 0.56 0.40 0.40 0.40 0.65 0.80
220Ω
1
0.5
100 KΩ 100nF Alim 15V/250V 60W/220V BD 135 LM 741
1
6.1
1 1
1 1.17
1 1 1
0.50 0.80 8.35
6.Schema cablaj Realizarea traseelor intre componentele electronice se va face prin generarea automata dupa realizarea schemei in programul Pad2Pad. Acesta va genera multiple variante de traseu cu posibilitatea alegerei aranjarii pieselor pe o dimensiune a placii de cablaj definite initial. Se va alege varianta cea mai simpla de realizare a traseelor si se va printa in vederea transpunerii pe latura de cablaj sau prelucrare digital numerica.
Cablaj de testare
Cablaj cu planul de montaj al pieselor
Realizarea cablajului Procesul tehnologic de realizare al cablajului imprimat,influentat de conditiile de unicat si de laborat, parcurge urmatoarele etape: -
Alegerea tipului de cablaj brut potrivit (in functie de grosime,de numarul de straturi de cupru etc.);
- Debitarea cablajului la dimensiunea necesara realizarii circuitului; -
Determinarea pozitiei tuturor perforatiilor,indiferent de scopul acestora (gauri pentru terminale,de trecere,de prindere a diverselor repere) ce trebuiesc sa apara pe cablaj;
- Gaurirea placii de cablaj pe baza punctelor rezultate anterior; - Slefuirea si decaparea placii; -
Realizarea contururilor din jurul gaurilor cu cerneala serigrafica,adusa in prealabil la un grad de vascozitate care sa permita folosirea sa intrun compas cu capat trasor;
-
Realizarea traseelor pe baza schitei de baza,prin unirea pastilelor realizate anterior cu cerneala folosind un trasor de linie;
- Uscarea stratului de cerneala aplicat; - Cordarea placii de cablaj cu clorura ferica. -
Curatarea placii iesite de la corodat cu apa din abundenta iar apoi inlaturarea cu dizolvant a cernelei.
-
Aplicarea unui strat de pasta decapanta peste traseele obtinute anterior;
-
Aplicarea unui strat de costiror peste traseele de cablaj;
-
Inlaturarea surplusului de pasta decapanta;
-
Implantarea si lipirea pieselor.
7.BIBLIOGRAFIE
1.
Circuite integrate analogice, R.Rapeanu,O.Chirica erc.Editura tehnica 1983
2.
Circuite integrate liniare, M.Bodea,A.Vatasescu etc.-Editura Tehnica 1985
3.
Circuite integrate liniare, amplificari operationali,Ioan Dragu,Ion Mihail Iosiv-Editura Militara 1981
4.
www.nat.com
5.
www.motorola.com
6.
www.semiconductors.philips.com
7.
http://www.ibfriedrich.com
