Báo cáo cấu kiện điện tử: Mạch cảm biến ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG Báo Cáo Đề Tài Mạch Cảm Biến Ánh Sáng Người thực hiện: Nguyễn Chí Hiệu MSSV: 20172560 Mã lớp: 109158 Hà Nội, tháng năm 2019 Mục lục: Phần I: Giới thiệu hệ thống mạch 1.1 Giới thiệu mạch cảm biến ánh sáng…………………….3 1.1.1 Phân tích nhu cầu cần thiết mạch…….3 1.1.2 Các sản phẩm có thị trường………………3 1.2 Giới thiệu sơ đồ khối mạch………………………… …4 1.3 Yêu cầu mạch ………………………………………… PHẦN II: THIẾT KẾ MẠCH, NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG VÀ THI CÔNG 2.1 Các tiêu kĩ thuật…………………………………………… 2.1.1: Chức sản phẩm………………………………….6 2.1.2: Chỉ tiêu kĩ thuật…………………………………………6 2.1.3: Các yêu cầu phi chức năng………………………… 2.2 Thiết kế mạch…………………………………………………….6 2.3 Thiết kế sơ đồ khối, nguyên lí hoạt động…………………… 10 2.4 Các nguồn tài liệu tham khảo………………………………… 11 PHẦN I: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG MẠCH 1.1 GIỚI THIỆU VỀ MẠCH CẢM BIẾN ÁNH SÁNG 1.1.1 Phân tích nhu cầu cần thiết mạch Điện nguồn lượng quan trọng sống đại, nhiên việc sử dụng tiêu thụ điện cho hợp lí thời đại ngày đặt Việc chế tạo mạch tự động bật tắt dựa cảm biến ánh sáng cách giúp tiết kiệm điện mà không tốn nhiều công sức việc điều khiển hệ thống chiếu sáng Vì vậy, mạch cảm biến ánh sáng sử dụng rộng rãi sống thiết bị đèn đường, đèn ngủ hay đèn cầu thang… 1.1.2 Các sản phẩm có thị trường Trên thị trường 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 khitrời 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 Đèn cảm biến ánh sáng sử dụng điện xoay chiều (Nguồn: tinhte.vn) Đèn cảm biến ánh sáng sử dụng pin (Nguồn: internet) 1.2 GIỚI THIỆU SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH KHỐI NGUỒN KHỐI CẢM BIẾN KHỐI HIỂN THỊ Khối nguồn: Sử dụng nguồn đầu vào điện áp chiều xoay chiều Khối cảm biến: Có chức biến đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện Ở ta dung quang trở Đặc tính quang trở có điện trở thay đổi: điện trở ánh sáng chiếu vào nhỏ điện trở khơng có ánh sáng chiếu vào Khối hiển thị: Hiển thị ánh sáng, ta sử dụng bóng đèn LED đèn sợi đốt Tác nhân: ánh sáng tự nhiên ánh sáng nhân tạo 1.3 YÊU CẦU CỦA MẠCH Trong thực tế, để ứng dụng mạch vào điều khiển bật tắt thiết bị điện mạch cịn nhiều bất ổn giá thành, linh kiện điều kiện khí hậu thời tiết Nên yêu cầu đặt phải chế tạo mạch khơng tốt giá thành, mà cịn phải hoạt động ổn định điều kiện thời tiết -Sản phẩm làm phải áp dụng vào thực tiễn tốt Ngồi cịn phải đảm bảo vềmặt thẩm mỹ sản phẩm -Hoạt động ổn định nguồn biến đổi -Đèn phải tắt trời sáng tự bật cường độ ánh sáng giảm đến mức độnhất định Độ nhạy cao ổn định Mạch đơn giản dễ tùy biến -Tín hiệu đầu vào tín hiệu ánh sáng, cụ thể ánh sáng chiếu vào quang trở.Tín hiệu thay từ từ theo thời gian (nếu ánh sáng mặt trời) đột ngột (nếu ánh sáng nhân tạo) Tín hiệu đầu tín hiệu quang, cụ thể ánh sáng đèn LED Các yêu cầu phi chức năng: nhỏ gọn, tuổi thọ 1,5-2 năm Giá thành rẻ (khoảng 40.000đ) PHẦN II: THIẾT KẾ MẠCH, NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG VÀ THI CÔNG 2.1 Các tiêu kĩ thuật: 2.1.1: Chức sản phẩm: Sản phẩm sử dụng điện áp đầu vào chiều 4.5-6V để cung cấp cho toàn mạch hoạt động, đồng thời tự động tắt có ánh sáng chiếu vào, tự động bật khơng có ánh sáng ánh sáng yếu 2.1.2: Chỉ tiêu kĩ thuật: -Hoạt động ổn định dải điện áp 4-6V -Đèn phải tắt trời sáng tự động bật cường độ sáng giảm đến mức độ định -Độ nhạy cao ổn định -Mạch đơn giản dễ tùy biến Tín hiệu đầu vào: Ánh sáng tự nhiên nhân tạo, cường độ sáng thấp Tín hiệu đầu ra: Tín hiệu quang, cụ thể đèn LED 2.1.3: Các yêu cầu phi chức năng: -Nhỏ gọn, tuổi thọ 1-2 năm -Giá thành rẻ 2.2 Thiết kế mạch: Các linh kiện sử dụng mạch: -Diode LED( xanh, đỏ, vàng,…) Là linh kiện điện tử thụ động phi tuyến, cho phép dòng điện theo chiều nhất, tính chất dựa tính chất chuyển tiếp P-N -Quang trở (Light Dependant Resistor- LDR) Điện trở quang hay quang trở, photoresistor, photocell, LDR (tiếng Anh: Lightdependent resistor), linh kiện điện tử chế tạo chất đặc biệt có điện trở thay đổi giảm theo ánh sáng chiếu vào Đó điện trở phi tuyến, phi ohmic Quang trở dùng làm cảm biến nhạy sáng mạch dò, mạch đóng cắt đèn chiếu kích hoạt sáng tối -Tranzitor: Transistor hay tranzito loại linh kiện bán dẫn chủ động, thường sử dụng phần tử khuếch đại khóa điện tử Transistor nằm khối đơn vị tạo thành cấu trúc mạch máy tính điện tử tất thiết bị điện tử đại khác Vì đáp ứng nhanh xác nên transistor sử dụng nhiều ứng dụng tương tự số, khuếch đại, đóng cắt, điều chỉnh điện áp, điều khiển tín hiệu, tạo dao động Transistor kết hợp thành mạch tích hợp (IC), tích hợp tới tỷ transistor diện tích nhỏ Cũng giống điốt, transistor tạo thành từ hai chất bán dẫn điện Khi ghép bán dẫn điện âm nằm hai bán dẫn điện dương ta PNP Transistor Khi ghép bán dẫn điện dương nằm hai bán dẫn điện âm ta NPN Transistor -Điện trở: Kí hiệu Hình ảnh minh họa -Tụ điện: Tụ điện loại linh kiện điện tử thụ động tạo hai bề mặt dẫn điện ngăn cách điện mơi Khi có chênh lệch điện hai bề mặt, bề mặt xuất điện tích điện lượng trái dấu Sự tích tụ điện tích hai bề mặt tạo khả tích trữ lượng điện trường tụ điện Khi chênh lệch điện hai bề mặt điện xoay chiều, tích luỹ điện tích bị chậm pha so với điện áp, tạo nên trở kháng tụ điện mạch điện xoay chiều Về mặt lưu trữ lượng, tụ điện có phần giống với ắc qui Mặc dù cách hoạt động chúng hồn tồn khác nhau, chúng lưu trữ lượng điện Ắc qui có cực, bên xảy phản ứng hóa học để tạo electron cực chuyển electron sang cực cịn lại Tụ điện đơn giản hơn, khơng thể tạo electron - lưu trữ chúng Tụ điện có khả nạp xả nhanh Đây ưu so với ắc qui Bảng chi tiết linh kiện sử dụng: Linh kiện Điện trở LED đỏ Tụ Transistor Quang trở Giá trị 2.2k ohm 10k ohm 330 ohm Số lượng 1 5 470uF C1815 2.3 Thiết kế sơ đồ khối, nguyên lí hoạt động: Khối nguồn: -Ở ta dung nguồn 4,5V cách ghép nối tiếp viên pin AA 1.5V cấp nguồn cho toàn mạch hoạt động Khối cảm biến: -Khối cảm biến sử dụng linh kiện là: quang trở, transistor NPN -Nguyên lí hoạt động: Khi có ánh sáng chiếu vào quang trở, tức ấy, điện trở quang trở lớn nên dịng điện qua quang trở Khi khơng có ánh sáng chiều vào, quang trở dẫn điện qua, này, có dịng Ib1 vào Q1 Dịng Ib1 điều khiển Q1 cho điện áp Uce, có dịng chạy qua C-E, Ic1 Dòng Ic1 dẫn đến Ib2 Q2 Khi ấy, dòng Ib2 điều khiển Q2 hoạt động cho dòng chạy qua nối Katot đèn vs GND, mạch kín, đèn sáng Khối hiển thị: Gồm hệ thống đèn LED mắc song song Mỗi đèn LED mắc nối tiếp với trở 330 ohm để hạn dòng, LED hoạt động ổn định với điện áp khoảng 2V 10 Chức linh kiện: -Tụ C: ổn định điện áp vào, giảm nhiễu điện áp -R6, R7: hạn dòng vào Transistor Q1 -Q1, Q2: hoạt động công tắc điện tử điều khiển mạch Q1 hoạt động điều khiển Q2, Q2 hoạt động cơng tắc đóng mạch -R1, R2, R3, R4, R5: hạn dòng để đèn LED sáng mức tốt Mạch in: Giá thành linh kiện: Linh kiện Số lượng Đơn giá Thành tiền Transistor C1815 0.15A-50V Trở vạch Đế pin AA Tụ hóa 16V-470uF LED Quang trở 400 800 100 1 9000 500 4000 2000 9000 500 3000 4000 Như vậy, giá thành để hoàn thiện toàn mạch rơi vào tầm 20000đ/1chiếc 2.4 Các nguồn tài liệu tham khảo Mạch cảm biến ánh sáng nhóm em lấy ý tưởng thơng tin Internet, cụ thể trang điện tử Ngồi ra, để hồn thiện mạch, nhóm em cịn sử dụng giáo trính cấu kiện điện tử( tập1)ĐH Bách Khoa Hà Nội 11 ... 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 Đèn cảm biến ánh sáng sử dụng điện xoay chiều (Nguồn: tinhte.vn) Đèn cảm. .. tạo mạch tự động bật tắt dựa cảm biến ánh sáng cách giúp tiết kiệm điện mà không tốn nhiều công sức việc điều khiển hệ thống chiếu sáng Vì vậy, mạch cảm biến ánh sáng sử dụng rộng rãi sống thiết... biến: Có chức biến đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện Ở ta dung quang trở Đặc tính quang trở có điện trở thay đổi: điện trở ánh sáng chiếu vào nhỏ điện trở khơng có ánh sáng chiếu vào