Tài liệu Đề tài: Hệ thống đèn, chuông dùng cho sinh hoạt tập thể tại các trường phổ thông

Đề tài: Hệ thống đèn, chuông dùng cho sinh hoạt tập thể tại các trường phổ thông MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ................................................................................................. 3 PHẦN MỘT: MỞ ĐẦU ................................................................................. 4 I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI ........................................................................... 4 II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI ..................................................... 4 III. Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ................................................. 4 IV. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ............................................................... 4 V. PHẠM VI NGHIÊN CỨU...................................................................... 5 VI. CẤU TRÚC CỦA ĐỀ TÀI ................................................................... 5 PHẦN HAI: NỘI DUNG ............................................................................... 6 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI.......................................... 6 I. NAM CHÂM ĐIỆN................................................................................. 6 II. RƠLE ĐIỆN TỪ..................................................................................... 7 1. Đặc điểm.............................................................................................. 7 2. Cấu tạo chung của rơle điện từ ............................................................. 7 3. Nguyên lý hoạt động ............................................................................ 8 III. CHUÔNG ĐIỆN ................................................................................. 10 1. Cấu tạo ............................................................................................... 10 2. Hoạt động........................................................................................... 10 CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐÈN, CHUÔNG ........ 11 Lê Thị Thanh Ngà- 12A1- Trường THPT Thuận Thành 1 1 Đề tài: Hệ thống đèn, chuông dùng cho sinh hoạt tập thể tại các trường phổ thông 1. Cấu tạo ............................................................................................... 11 2. Sơ đồ mạch ........................................................................................ 11 III. ƯU ĐIỂM NỔI TRỘI SO VỚI CÁC THIẾT BỊ KHÁC......................... 12 IV. QUY TRÌNH LẮP RÁP...................................................................... 12 PHẦN BA: KẾT LUẬN............................................................................... 14 I. MỘT SỐ KẾT LUẬN............................................................................ 14 II. KIẾN NGHỊ ......................................................................................... 15 Lê Thị Thanh Ngà- 12A1- Trường THPT Thuận Thành 1 2 Đề tài: Hệ thống đèn, chuông dùng cho sinh hoạt tập thể tại các trường phổ thông LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất tới các thầy giáo, cô giáo trong Ban giám hiệu Trường THPT Thuận Thành 1 cùng các thầy giáo, cô giáo đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu đề tài này. Đặc biệt, em xin trân trọng cảm ơn các thầy cô cố vấn thuộc bộ môn Vật lý trường THPT Thuận Thành 1 đã hướng dẫn giúp đỡ về kĩ thuật để em hoàn thành đề tài này. Cuối cùng em xin cảm ơn gia đình, bạn bè, người thân đã giúp đỡ động viên và tạo mọi điều kiện để em hoàn thành đề tài này. Thuận Thành, tháng 12 năm 2013 Học sinh Lê Thị Thanh Ngà Lê Thị Thanh Ngà- 12A1- Trường THPT Thuận Thành 1 3 Đề tài: Hệ thống đèn, chuông dùng cho sinh hoạt tập thể tại các trường phổ thông PHẦN I: MỞ ĐẦU I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI “Học, học nữa, học mãi” Đó vừa là nghĩa vụ, vừa là quyền lợi của mỗi con người từ khi sinh ra. Để học tốt, theo em phương pháp là điều đóng vai trò quan trọng hàng đầu. Xa xưa ông cha ta có câu: “Học thầy không tày học bạn”. Làm việc theo nhóm, theo cặp sẽ giúp các bạn học sinh bù đắp phần thiếu sót của mình. Để tạo hứng thú học tập thì tạo tình huống cạnh tranh là liệu pháp hữu hiệu nhất. Chính vì thế mà các cuộc thi trí tuệ diễn ra ngày cảng nhiều, kèm theo đó là đòi hỏi sự chính xác rất cao. Nhu cầu xác định ai là người nhanh nhất đưa ra được các đáp án cũng vì thế mà được đặt ra. Qua quan sát thực tế và tìm hiểu thông tin thấy rằng trong các cuộc thi trí tuệ học đường việc sử dụng chuông bấm và đèn cho các cuộc thi đã trở nên phổ biến nhưng có nhiều nhược điểm: các đội có thể bấm chuông cùng một lúc dẫn đến việc thiếu chính xác khi phân định đội nào bấm trước trong trường hợp các đội bấm chuông cùng lúc và nếu lắp đặt hệ thống có sẵn sẽ rất tốn kém cho các đơn vị về mặt giá thành. Để khắc phục nhược điểm trên tác giả có ý tưởng đưa ra “ Hệ thống đèn, chuông bấm dùng cho sinh hoạt tập thể tại các trường phổ thông”. II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI - Chế tạo ra hệ thống báo động đơn giản, giá thành rẻ so với các hệ thống báo động hiện đại đã có trên thị trường. - Thiết kế gọn, nhẹ, tiện ích. III. Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Hệ thống mới khắc phục được những nhược điểm của hệ thống cũ, có tính khả thi, có thể áp dụng rộng rãi trong các trường học góp phần tạo nên thành công cho mỗi cuộc thi. IV. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU  Nghiên cứu hệ thống chuông đã có.  Hoạt động của rơle điện từ.  Thiết kế sơ đồ mạch. Lê Thị Thanh Ngà- 12A1- Trường THPT Thuận Thành 1 4 Đề tài: Hệ thống đèn, chuông dùng cho sinh hoạt tập thể tại các trường phổ thông V. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: tìm hiểu thông tin + lắp đặt + thử nghiệm. VI. CẤU TRÚC CỦA ĐỀ TÀI Phần một: Mở đầu Phần hai: Nội dung Chương I: Cơ sở lí thuyết của đề tài. Chương II: Ứng dụng chế tạo hệ thống báo động Chương III: Thử nghiệm lắp ráp. Phần ba: Kết luận và đề xuất. Lê Thị Thanh Ngà- 12A1- Trường THPT Thuận Thành 1 5 Đề tài: Hệ thống đèn, chuông dùng cho sinh hoạt tập thể tại các trường phổ thông PHẦN HAI: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI I. NAM CHÂM ĐIỆN Nam châm điện là một dụng cụ tạo từ trường hay một nguồn sản sinh từ trường hoạt động nhờ từ trường sinh ra bởi cuộn dây có dòng điện lớn chạy qua. Cảm ứng từ của nam châm điện được dẫn và tạo thành lớn nhờ việc sử dụng một lõi dẫn từ làm bằng vật liệu từ mềm có độ từ thẩm lớn và cảm ứng từ bão hòa cao. Khác với nam châm vĩnh cửu có cảm ứng từ cố định, nam châm điện có cảm ứng từ có thể thay đổi được nhờ việc điều khiển dòng điện chạy qua cuộn dây. Nguyên lý của nam châm điện Khi mắc một dây dẫn điện có nhiều vòng quấn với Điện, dòng điện sản sinh một điện trường E trong các vòng quấn. Khi dòng điện đi qua các vòng quấn, biến đổi của điện trường trong các vòng quấn sinh ra một từ trường B vuông góc với điện trường E. Từ trường của cuộn dây dẩn điện có tính chất giống như từ trường của một nam châm cũng hút hay đẩy một từ vật nằm trong từ trường của cuộn dây. Khi tách điện khỏi cuộn dây, từ trường không tồn tại. Cuộn dây không còn hút hay đẩy từ vật. Vậy chỉ khi nào cuộn dây dẫn điện, cuộn dây trở thành nam châm điện. Từ trường của cuộn dây tùy thuộc Lê Thị Thanh Ngà- 12A1- Trường THPT Thuận Thành 1 6 Đề tài: Hệ thống đèn, chuông dùng cho sinh hoạt tập thể tại các trường phổ thông vào số từ cảm cuộn dây và dòng điện trong cuộn dây B=LI Từ cảm cuộn dây tỉ lệ thuận với chiều dài, số vòng quấn và tỉ lệ nghịch với diện tích của cuộn dây II. RƠLE ĐIỆN TỪ 1. Đặc điểm - Rơle điện từ cấu tạo đơn giản, lực hút điện từ khá lớn, do vậy rơle điện từ được sử dụng khá rộng rãi. - Rơle điện từ có loại một chiều và xoay chiều công suất từ vài oát tới hàng nghìn oát, trong khi đó công suất tiêu thụ khoảng vài chục oát. - Thời gian tác động của rơle điện từ trong khoảng 1 – 20ms. - Rơle điện từ có các loại: Dòng điện, điện áp cực đại và cực tiểu, rơle công suất, rơle tổng trở, tần số, trung gian, tín hiệu. 2. Cấu tạo chung của rơle điện từ 1. Thân mạch từ 2. Nắp mạch từ 3. Lò xo giãn 4. Cuộn dây 5. Tiếp điểm tĩnh 6. Tiếp điểm động Lê Thị Thanh Ngà- 12A1- Trường THPT Thuận Thành 1 7 Đề tài: Hệ thống đèn, chuông dùng cho sinh hoạt tập thể tại các trường phổ thông 3. Nguyên lý hoạt động * Tiếp điểm thường mở khi chưa có tín hiệu điều khiển, tiếp điểm ở trạng thái mở (bị ngắt). Hình 2: Ký hiệu tiếp điểm thường mở * Tiếp điểm thường đóng khi có tín hiệu điều khiển, tiếp điểm ở trạng thái đóng (được đóng) Hình 3: Ký hiệu tiếp điểm thường đóng 2 Thanh s¾t K M M¹ch ®iÖn 1 M¹ch ®iÖn 2 Lê Thị Thanh Ngà- 12A1- Trường THPT Thuận Thành 1 8 Đề tài: Hệ thống đèn, chuông dùng cho sinh hoạt tập thể tại các trường phổ thông Khi đưa dòng điện vào cuộn dây nam châm điện (khóa K đóng), trong cuộn dây sinh ra một sức từ động F = IW. Sức từ động sinh ra từ thông khe hở không khí của nam châm điện  , sinh ra lực hút điện từ Fdt . Khi Fdt  Fco sẽ hút nắp nam châm điện, nhờ cơ cấu truyền động mà lực hút được truyền đến giá phần động, làm cho giá phần động tịnh tiến trượt theo giá của thanh dẫn hướng và làm các tiếp điểm thường mở đóng lại và các tiếp điểm thường đóng mở ra, đồng thời lò xo nhả được nén lại tạo điều kiện sẵn sàng đẩy nắp nam châm điện về vị trí mở khi cuộn dây nam châm điện không còn dòng điện. 2 Thanh s¾t K M M¹ch ®iÖn 1 M¹ch ®iÖn 2 Khi ngắt điện trên cuộn dây nam châm điện (khóa K mở), lực hút điện từ giảm về 0. Lò xo giãn đẩy giá phần động trượt lên phía trên làm nhả nắp của nam châm điện và hệ thống trở về trạng thái ban đầu. Lê Thị Thanh Ngà- 12A1- Trường THPT Thuận Thành 1 9 Đề tài: Hệ thống đèn, chuông dùng cho sinh hoạt tập thể tại các trường phổ thông III. CHUÔNG ĐIỆN 1. Cấu tạo 2. Hoạt động Có nhiều loại chuông điện từ cho âm thanh khác nhau tùy vào mục đích sử dụng nhưng chúng đều có một nguyên lý chung đó là dùng từ trường để tạo ra những tác động cơ học đến các thiết bị tạo âm thanh. Khi có dòng điện đi qua cuộn dây chúng sẽ tạo ra một từ trường trong lõi kim loại. Cuộn dây sẽ khuếch đại từ trường này và khi đó nam châm điện có thể hút các vật chất bằng sắt thép xung quanh nó giống như một nam châm vĩnh cửu thông thường. Khi đó đầu gõ chuông đập vào chuông và tạo ra âm thanh. Lê Thị Thanh Ngà- 12A1- Trường THPT Thuận Thành 1 10 Đề tài: Hệ thống đèn, chuông dùng cho sinh hoạt tập thể tại các trường phổ thông CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐÈN CHUÔNG 1. CẤU TẠO Hệ thống đèn, chuông bao gồm: - Bóng đèn - Chuông điện - Công tắc - Rơle điện từ - Đế rơle - Dây dẫn Sơ đồ mạch: 2. HOẠT ĐỘNG Đối với rơle của người chơi thứ nhất: mắc tất cả các cổng thường đóng với các người chơi còn lại. Tương tự với các người chơi còn lại. Vì vậy khi công tắc của người chơi thứ nhất đóng thì các cổng thường đóng của các người chơi còn lại sẽ mở làm cho các mạch còn lại dù có đóng công tắc thì mạch cũng hở và đèn không thể sáng còn đèn của người chơi thứ nhất vẫn sáng và chuông kêu. Tương tự đối với rơle của các người chơi còn lại. Lê Thị Thanh Ngà- 12A1- Trường THPT Thuận Thành 1 11 Đề tài: Hệ thống đèn, chuông dùng cho sinh hoạt tập thể tại các trường phổ thông III. ƯU ĐIỂM NỔI TRỘI SO VỚI CÁC THIẾT BỊ KHÁC  Chi phí thấp.  Các vật liệu có thể dễ dàng mua tại các cửa hàng điện tử.  Lắp đặt dễ dàng.  Có thể áp dụng rộng rãi trong các trường phổ thông. Chi phí cho hệ thống chuông đèn hiện tại trên thị trường: Bộ sản phẩm Chuông Đố Vui , quiz game buzzer Mã sản phẩm: BS-01 Giá bán: 1.200.000 (chưa có VAT) Mã sản phẩm: BS-03 Lê Thị Thanh Ngà- 12A1- Trường THPT Thuận Thành 1 12 Đề tài: Hệ thống đèn, chuông dùng cho sinh hoạt tập thể tại các trường phổ thông Giá bán: 2.600.000 (chưa có VAT) IV. QUÁ TRÌNH THỬ NGHIỆM, LẮP RÁP Lê Thị Thanh Ngà- 12A1- Trường THPT Thuận Thành 1 13 Đề tài: Hệ thống đèn, chuông dùng cho sinh hoạt tập thể tại các trường phổ thông Lê Thị Thanh Ngà- 12A1- Trường THPT Thuận Thành 1 14 Đề tài: Hệ thống đèn, chuông dùng cho sinh hoạt tập thể tại các trường phổ thông Lê Thị Thanh Ngà- 12A1- Trường THPT Thuận Thành 1 15 Đề tài: Hệ thống đèn, chuông dùng cho sinh hoạt tập thể tại các trường phổ thông PHẦN BA: KẾT LUẬN 1. Kết quả Hệ thống đã được thử nghiệm tại trường THPT Thuận Thành 1 cho thấy: hệ thống hoạt động ổn định, đạt được hiệu quả cao. 2. Nhược điểm Hệ thống hoạt động ổn định và có hiệu quả nhưng vẫn có một số điểm cần khắc phục: a. Hệ thống chỉ hoạt động được dưới điện áp xoay chiều 220V nên khi có sự cố mất điện thì hệ thống không hoạt động được. b. Việc hoạt động dưới điện áp xoay chiều 220V cũng gây nguy hiểm khi có sự cố hở dây hay đoản mạch. c. Hệ thống chưa có độ “trễ” (khi người chơi bấm nút và nhả ra quá nhanh còn dẫn chương trình chưa nhận được tín hiệu trong khi hệ thống đã ngừng kêu thì sẽ gây thiệt thòi cho đội chơi.) 3. Kết luận, kiến nghị - Với giá thành khoảng 400.000 vnđ, “Hệ thống chuông bấm trong các cuộc thi trí tuệ học đường” là một hệ thống mới khắc phục được những nhược điểm của hệ thống cũ, có tính khả thi, có thể áp dụng rộng rãi trong các trường học góp phần tạo nên thành công cho mỗi cuộc thi. - Trong thời gian tới, tác giả sẽ tiến hành nghiên cứu để sử dụng được cả nguồn điện áp 1 chiều để khắc phục những nhược điểm trên. - Đề nghị các đơn vị có thể nghiên cứu sơ đồ mạch, nguyên tắc hoạt động để triển khai lắp đặt đưa vào sử dụng trong các hoạt động tập thể tạo ra nhiều sân chơi bổ ích cho lứa tuổi học đường. Lê Thị Thanh Ngà- 12A1- Trường THPT Thuận Thành 1 16