ĐỒ án môn học đề tài MẠCH cảm BIẾN ÁNH SÁNG và điều KHIỂN CÔNG SUẤT đèn 220v

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP -o0o - ĐỒ ÁN MÔN HỌC Đề tài: MẠCH CẢM BIẾN ÁNH SÁNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT ĐÈN 220V GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU PHƯỚC SVTH: PHẠM VĂN TIẾN NGUYỄN THANH PHÚ LỚP: CĐTĐ 19A MSSV: 0309191066 MSSV: 0309191095 Tp HCM, tháng năm 2021 Lời cảm ơn Sau trình tìm hiểu, nghiên cứu thực dề tài đồ án môn điện tử công suất va thực tiến độ, chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến q thầy cơ, gia đình người anh người bạn giúp đỡ, đưa lời khuyên động viên lúc khó khăn Chúng em xin giử lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Hữu Phước, giảng viên trường Cao Đẳng kỹ thuật Cao Thắng hướng dẫn tạo điều kiện để nhóm thực tốt đề tài Và chúng em xin gửi lời tri ân đến thầy cô khoa Điện-Điện Tử trường Cao Đẳng kỹ thuật Cao Thắng tận tình dạy dỗ giảng dạy cho chúng em kiến thức đến nâng cao tạo cho chúng em kiến thức tảng vững để hoàn thành đề tài P Gia đình ln động lực cảm hứng để chúng em tiếp tục phấn đấu hoàn thành đề tài, xin cam ơn đấng sinh thành động viên chúng em tỏng lúc bế tắc chán nãn MỤC LỤC CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Phân công thực đề tài CHƯƠNG : GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN 2.1 TRIAC 2.1.1 CẤU TẠO 2.1.2 Đặc tính 2.1.3 Ứng dụng 2.1.3Ứng dụng mạch đèn chiếu sáng 2.2 QUANG TRỞ 2.2.1 2.3 Cấu tạo quang trở IC 555 2.3.1Cấu tạo 2.3.2 Sơ đồ khối tạo dao động dùn 2.4.ROLE 2.4.1 Giới thiệu 2.4.2 Nguyên lý hoạt động 2.5 DIOT ZENER 2.5.1 Cấu tạo 2.5.2 Nguyên lý hoạt động 2.5.3 Ứng dụng CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 3.1 Sơ đồ khối 3.2 Lựa chọn linh kiện mạch 3.3 Sơ đồ nguyên lý nguyên lý hoạt động 3.3 Thiết kế thi công mạch 3.3.1 Vẽ mạch 3.3.2 Mô CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 4.1 Kết luận 4.2 Hướng phát triển đề tài MỤC LỤC BẢNG VÀ HÌNH ẢNH Bảng 1.3 Phân công thực đề tài Hình 2.1 Cấu tạo triac Hình 2.2 Đặc tuyến TRIAC Hình 2.3 Mạch đèn chiếu sáng Hình 2.3 Cấu tạo quang trở Hình 2.4 Cấu tạo chân IC 555 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý IC 555 11 Hình 2.6 Role(relay) 12 Hình 2.7 Cấu tạo Role 13 Hình 2.8 Ký hiệu ứng dụng Diode zener mạch 14 Hình 2.9 Nguyên lý hoạt động diot zerer 15 Hình 3.1: Sơ đồ khối 16 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý 18 Hình 3.3 Thiết kế mạch 20 Hình 3.5 Thiết kế mạch 22 Hình 3.6 Thiết kế mạch 23 P Hình 3.7 Thiết kế mạch 24 Chương 1:Dẫn nhập CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP 1.1 Lý chọn đề tài Năng lượng điện nguồn lượng quan trọng sống đại, mà điện phải sử dụng cách thích hợp Việc chế tạo mạch cảm biến ánh sáng dựa nhu cầu tiết kiệm điện không tốn công sức việc điều khiển hệ thống chiếu sáng Mạch cảm biến sử dụng rộng rãi nhiều thiết bị chiếu sáng quan thuộc đèn đường, đèn công viên, đèn cầu thang…nhằm mục đích đảm bảo nhu cầu chiếu sáng đồng thời với việc tiết kiệm điện cơng sức người Hiện có nhiều sản phẩm sử dụng mạch nguyên lý cảm biến ánh sáng để phục vụ cho mục đích chiếu sáng, sau số sản phẩm điển hình: Đèn vườn tự động đèn sử dụng lượng mặt trời, tự động sạc bật sáng vào ban đêm, đèn cảm ứng đèn LED cảm ứng tự động phát sáng trời tối, tự động tắt bật thiết bị chiếu sáng khác, cắm cầu thang, phịng ngủ, nhà vệ sinh để tránh vấp ngã trời tối Các sản phẩm điều sử dụng nguồn điện pin sạc hay lượng mặt trời nên tuổi thọ không cao, tốn thời gian sạc, nên việc chế tạo mạch cảm biến ánh sáng sử dụng nguồn trực tiếp mạng điện tiện lợi tuổi thọ tốt, giúp tiếp kiệm thời gian, không cần sạc 1.2 Mục tiêu đề tài Mục tiêu cụ thể sản phẩm sau hoàn thành đem vào sử dụng sống cách an toàn tiện lợi TRANG Chương 2:Giới thiệu linh kiện Với mạch cảm biến tự động bật đèn trời tối điều khiển độ sáng đèn ta áp dụng vào sống nhiều Mạch cấp nguồn trực tiếp 220v xoay chiều hạ áp trực tiếp tụ điện nguy hiểm Các linh kiện mạch tương đối đơn giản dễ tìm hiểu Mạch hoạt động nhờ cảm biến quang(quang trở) ic555 cấp nguồn 12v Vì mạch sử dụng TRIAC BT137 nên ta sử dụng cơng suất lớn 100w 1.3 Phân cơng thực đề tài Nhóm có thành viên nên việc phân cơng thực đề tài dễ dàng thuận tiện Một thành viên tìm hiểu linh kiện có mạch tính tốn, thành viên cịn lại thi cơng mạch, sau nhóm viết báo cáo Tuy chia công việc trình thực hai hỗ trợ nên đồ án tiến triển tốt Bảng 1.3 Phân công thực đề tài BẢNG PHÂN CÔNG THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Tìm hiểu mạch Lựa chọn linh kiện phù hợp mạch Thiết kế thi công mạch Viết báo cáo TRANG Chương 1:Dẫn nhập CHƯƠNG : GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN 2.1 TRIAC 2.1.1 CẤU TẠO Triac linh kiện bán dẫn có ba cực năm lớp, làm việc Thyristor mắc song song ngược chiều, dẫn điện theo hai chiều Hình 2.1 Cấu tạo triac Triac có bốn tổ hợp điện mở cho dịng chảy qua: TRANG Chương 2:Giới thiệu linh kiện 2.1.2 Đặc tính Đặc tuyến Volt – Ampe gồm hai phần đối xứng qua gốc O, phần tương tự đặc tuyến thuận Thyristor 2.1.3 Ứng dụng Dùng cho điều khiển bóng đèn, bơm, quạt Điều khiển tốt với tải trở gây tổn hao với tải cảm TRANG Chương 1:Dẫn nhập Hình 2.2 Đặc tuyến TRIAC 2.1.3Ứng dụng mạch đèn chiếu sáng Hình 2.3 Mạch đèn chiếu sáng TRANG Chương 2:Giới thiệu linh kiện Đây mạch điều khiển dòng điện qua tải dùng triac, diac kết hợp với quang trở Cds để tác động theo ánh sáng Khi quang trở Cds chiếu sáng có trị số điện trở nhỏ làm điện nạp tụ C thấp diac khơng dẫn điện, triac khơng kích nên khơng có dịng qua tải Khi quang trở Cds bị che tối có trị số điện trở lớn làm điện tụ C tăng đến mức đủ để triac dẫn điện triac kích dẫn điện cho dịng điện qua tải Tải loại đèn chiếu sáng lối hay chiếu sáng bảo vệ, trời tối đèn tự động sáng TRIAC hoạt động mạch công tắc điều khiển điện áp Chú ý sử dụng: Những dụng cụ điện tải trở làm việc tốt với giá trị trung bình nhờ tác dụng san làm đồng Nhưng dụng cụ điện tải điện kháng bị ảnh hưởng đáng kể, ví dụ động bị phát nóng mức bình thường, tiêu tốn lượng cao Kết luận: Triac có ưu điểm vấn đề gọn nhẹ, rẻ tiền … Dùng Triac làm biến dạng sin nhược điểm sử dụng 2.2 QUANG TRỞ 2.2.1 Cấu tạo quang trở Quang trở gì? Cấu tạo nguyên lý hoạt động TRANG Chương 2:Giới thiệu linh kiện 2.4.ROLE 2.4.1 Giới thiệu Role (relay) linh kiện điện tử sử dụng phổ biến để trì ổn định, an tồn trình vận hành hệ thống điện Hình 2.6 Role(relay) TRANG 13 Chương 1:Dẫn nhập 2.4.2 Nguyên lý hoạt động Hình 2.7 Cấu tạo Role Đây ví dụ rơ le “thường mở” (NO) Các tiếp điểm mạch thứ hai không kết nối theo mặc định bật dòng điện chạy qua nam châm Các rơle khác “thường đóng” (NC), tiếp điểm kết nối để dòng điện chạy qua chúng theo mặc định) tắt nam châm kích hoạt, kéo đẩy TRANG 14 Chương 2:Giới thiệu linh kiện tiếp điểm xa Thông thường rơle mở phổ biến dùng nhiều 2.5 DIOT ZENER 2.5.1 Cấu tạo Diode Zener có cấu tạo tương tự Diode thường có hai lớp bán dẫn P – N ghép với nhau, Diode Zener ứng dụng chế độ phân cực ngược, phân cực thuận Diode zener diode thường phân cực ngược Diode zener gim lại mức điện áp cố định giá trị ghi diode Hình 2.8 Ký hiệu Diode zener ứng dụng mạch 2.5.2 Nguyên lý hoạt động Sơ đồ minh hoạ ứng dụng Dz, nguồn U1 nguồn có điện áp thay đổi, Dz diode ổn áp, R1 trở hạn dòng Ta thấy nguồn U1 > Dz áp Dz luôn cố định cho dù nguồn U1 thay đổi Khi nguồn U1 thay đổi dịng ngược qua Dz thay đổi, dịng ngược qua Dz có giá trị giới hạn khoảng 30mA Thông thường người ta sử dụng nguồn U1 > 1,5 => lần Dz lắp trở hạn dòng R1 cho dòng ngược lớn qua Dz < 30mA TRANG 15 Chương 2: Giới thiệu linh kiện Hình 2.9 Nguyên lý hoạt động diot zerer Nếu U1 < Dz U1 thay đổi áp Dz thay đổi Nếu U1 > Dz U1 thay đổi => áp Dz không đổi 2.5.3 Ứng dụng Thông thường điốt Zener công suất nhỏ dùng để cấp điện áp mốc (ổn áp) hạn chế mức điện áp cho mạch điện Điốt Zener công suất lớn dùng mạch ổn áp kiểu song song, nhiên tổn hao điện mức nhiệt phát nhiều điốt điện trở chặn, nên mạch sử dụng Cặp điốt Zener đấu đối tạo mạch cắt đỉnh tín hiệu xoay chiều, dùng cần tạo dạng (Waveform clipper) hạn chế mức điện áp, ngõ vào khuếch đai TRANG 15 Chương 3: Thiết kế thi công CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG 3.1 Sơ đồ khối KHỐI NGUỒN Hình 3.1: Sơ đồ khối TRANG 16 Chương 3: Thiết kế thi công Khối nguồn: Ta sử dụng nguồn 12v cung cấp cho IC555 220v cung cấp cho khối điều khiển Khối tín hiệu: Là quang trở có chức nhận tác động cường độ ánh sáng bên trả ic 555 để xuất xung kích cuộn dây relay làm tiếp điểm relay thay đổi Khối điều khiển: : Khi nhận tín hiệu IC555 xuất xung kích relay cấp nguồn cho đèn,dùng biến trở volume để điều chỉnh góc mở TRIAC điều chỉnh độ sáng đèn Khối công suất : tải đèn 220 , đèn huỳnh quang 3.2 Lựa chọn linh kiện mạch Vì điện trở quang trở lớn khơng có ánh sáng nên chọn R5 có giá trị lớn => R5=330k (ohm) Có thể thay đổi độ nhạy cảm biến cách thay đổi giá trị R5 biến trở Tụ C3 có tác dụng làm thay đổi độ trễ mạch Việc gắn relay phải gắn thêm diot (D1) để bảo vệ relay, xả điện áp ngược cuộn dây role, bảo vệ ic555 Do relay có cuộn dây nên tắt nguồn sinh dòng điện cảm ứng có chiều ngược lại đánh trở lại relay nên phải có diot để chặn lại dịng Phần mạch điều khiển điện áp cao 220v nên chọn biến trở có giá trị lớn => RV1=500k Tụ C4 có tác dụng giảm áp dịng điện xoay chiều qua Vì khơng có cực điều khiển nên DIAC kích mở cách nâng cao điện áp đặt vào hai cực DIAC không dẫn điện điện áp nâng cao đến mức định (thường breakover) Ở chọn Triac Bt137 chịu dòng điện tối ta 12A giúp ta sử dụng tải dễ dàng TRANG 17 Chương 3: Thiết kế thi công 3.3 Sơ đồ nguyên lý nguyên lý hoạt động Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý TRANG 18 Chương 3: Thiết kế thi công Nguyên lý hoạt động trời tối Điện trở quang trở tăng lên cao, lên 1M ohm dịng điện qua điện trở R5 qua R4 vào chân ic 555 dịng điện theo đường có điện trở nhỏ (R4 < R quang trở) Khi có dịng điện vào chân trigger ic 555 opamp bên 555 so sánh điện áp xuất chân số 555 xung vào chân cuộn dây relay, làm thay đổi trạng thái relay, điện áp 220v từ ngõ vào IN qua tiếp điểm NO relay vào bóng đèn Sau điện áp qua bóng đèn qua biến trở 500k, điều chỉnh độ sáng bóng đèn cách thay đổi góc mở Triac Bt137( góc mở lớn điện áp qua lớn ngược lại) Nguyên lý hoạt động trời sáng Điện trở quang trở nhỏ nên dòng điện qua R5 qua quang trở xuống mass nên khơng có điện áp vào chân số chân ic 555, op-amp bên IC555 so sánh áp, điện áp so sánh gần nên IC555 xuất xung vào cuộn dây relay làm cho relay không thay đổi trạng thái( chân cuộn dây relay lúc có điện 12v), khơng có dịng điện qua tải TRANG 19 Chương 3: Thiết kế thi công 3.3 Thiết kế thi công mạch 3.3.1 Vẽ mạch Ở nhóm vẽ mạch phần mềm Altium Desiger Hình 3.3 Thiết kế mạch TRANG 20 Chương 3: Thiết kế thi cơng 3.3.2 Mơ Hình 3.4 Thiết kế mạch TRANG 21 Chương 3: Thiết kế thi cơng Hình 3.5 Thiết kế mạch TRANG 22 Chương 3: Thiết kế thi cơng Hình 3.6 Thiết kế mạch TRANG 23 Chương 3: Thiết kế thi cơng Hình 3.7 Thiết kế mạch TRANG 24 Chương 4: Kết luận CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 4.1 Kết luận Sau hoàn thành đồ án thiết kế lắp đặt mạch tự động bật/tắt điều chỉnh đèn dùng cảm biến ánh sáng thành cơng, nhóm thấy mạch hồn chỉnh, bên cạnh cịn số điểm cần phải phát triển Mạch tự động bật / tắt đèn theo ánh sáng mạch đơn giản ứng dụng thực tế nhiều lĩnh vực đèn đường, nhà kho trang Với giá thành để tạo sản phẩm hoàn chỉnh rẻ mạch hoạt động ổn định ứng dụng cơng nghệ tự động thành công nghành công nghiệp điều khiển tự động Do hiểu biết thực tế thời gian có hạn nên q trình thực đề tài khơng thể tránh thiếu sót Mặc dù số hạn chế việc sử đụng điện 220V nguồn xoay chiều nên vấn đề an toàn cần đặt hết, nên việc chế tạo test có nhiều rủi ro Nên thi công mạch cần cẩn trọng không chạm vào linh kiên cấp nguồn 4.2 Hướng phát triển đề tài Ứng dụng vào máy móc, thiết bị điện chiếu sáng ngày đèn đường, đèn ngủ, để việc điều khiển bật tắt tự động tiếp kiệm thời gian cho người Rộng ứng dụng vào sản xuất, nhà máy, xí nghiệp, nông trại, TRANG 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình điện tử cơng suất-Thượng Văn Bé, trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thằng http://dinh-vision.blogspot.com/2016/02/mach-nguon-ha-ap-su-dung-tu-va-ientro.html Alldatasheet.com https://vi.wikipedia.org/wiki/Wikipedia www.robocon.vn https://codientu.org SangTaoClub.net TRANG 26 ... ánh sáng cảm nhận thay đổi cường độ ánh sáng Tong trường hợp khơng có ánh sáng giá trị điện trở cao M Ngay ánh sáng rơi vào cảm biến electron giải phóng đọ dẫn vật tăng lên.Khi cường đọ ánh sáng. .. biến ánh sáng dựa nhu cầu tiết kiệm điện không tốn công sức việc điều khiển hệ thống chiếu sáng Mạch cảm biến sử dụng rộng rãi nhiều thiết bị chiếu sáng quan thuộc đèn đường, đèn cơng viên, đèn cầu... chiếu sáng đồng thời với việc tiết kiệm điện công sức người Hiện có nhiều sản phẩm sử dụng mạch nguyên lý cảm biến ánh sáng để phục vụ cho mục đích chiếu sáng, sau số sản phẩm điển hình: Đèn vườn