TIỂU LUẬN NHẬP môn NGÀNH điện đề tài tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động các loại cảm biến phát hiện chuyển động thông dụng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TIỂU LUẬN NHẬP MÔN NGÀNH ĐIỆN Đề tài: Tìm hiểu cấu tạo nguyên lý hoạt động loại cảm biến phát chuyển động thông dụng Giáo viên hướng dẫn: Thầy Nguyễn Đại Dương Nhóm sinh viên thực hiện: Mục lục Họ tên Mã số sinh viên Trịnh Cao Cường 20212714 Lê Đức Anh 20212680 LỜI NÓI ĐẦU Ngành Điện ngày ngành quan trọng phổ biến sống Các thiết bị điện ứng dụng lĩnh vực đời sống người Cùng với việc sử dụng ngày nhiều thiết bị điện vấn đề tối ưu hóa thiết bị điện, nâng cao tính an tồn thơng minh cho chúng ngày trọng Trong đó, khơng thể khơng kể đến việc đời thành phần cảm biến coi tai mắt thiết bị điện Các thành phần cảm biến ngày vô đa dạng như: cảm biến ánh sáng, cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm, cảm biến phát chuyển động,…Nhóm chúng em định tìm hiểu cảm biến phát chuyển động – loại cảm biến ứng dụng rộng rãi thiết bị điện tử Chúng em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Đại Dương tận tình giúp đỡ hướng dẫn chúng em với cố gắng thành viên nhóm để hồn thành tiểu luận Tuy nhiên chúng em cịn chưa có kiến thức chun sâu nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Chúng em xin tiếp thu ý kiến từ thầy bạn để bổ sung kiến thức cho lần Chúng em xin chân thành cảm ơn! I GIỚI THIỆU CẢM BIẾN PHÁT HIỆN CHUYỂN ĐỘNG Cảm biến chuyển động thiết bị thông báo đối tượng chuyển động, chủ yếu người Một cảm biến chuyển động gọi máy phát chuyển động Tùy thuộc vào khả cảm biến chuyển động, phát chuyển động thiết bị tích hợp mơi trường xung quanh Nó thường kết nối với hệ thống phần mềm xử lý chuyển động thành hành động thông tin Cảm biến chuyển động phát minh vào năm 1950 Samuel Bango có tên báo động chống trộm Ông áp dụng điều radar vào sóng siêu âm - tần số để ý đến lửa tên cướp điều mà người lắng nghe Cảm biến chuyển động Samuel dựa nguyên lý hiệu ứng Doppler Hiện nay, hầu hết cảm biến chuyển động hoạt động theo nguyên lý máy dị Samuel Bango Cảm biến vi sóng hồng ngoại sử dụng để phát chuyển động thay đổi tần số mà chúng tạo Cảm biến chuyển động áp dụng cho hệ thống an ninh sử dụng văn phòng, ngân hàng, trung tâm mua sắm báo động đột nhập nhà Các máy dò chuyển động ngăn chặn tai nạn nghiêm trọng cách phát người gần cảm biến Có nhiều loại cảm biến khác có sẵn thị trường, có ưu điểm nhược điểm chúng Chúng ta có loại cảm ứng như: PIR, Ultrasonic, Microwave, Tomographic loại kết hợp khác Hiệu ứng Doppler hiệu ứng vật lý, đặt tên theo Christian Andreas Doppler, tần số bước sóng sóng âm, sóng điện từ hay sóng nói chung bị thay đổi mà nguồn phát sóng chuyển động tương người quan sát II CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ CẢM BIẾN PHÁT HIỆN CHUYỂN ĐỘNG Cảm biến hồng ngoại thụ động PIR a Nguyên lý: Khi có người vật thể vùng quét, cảm biến thu nhận xạ hồng ngoại từ người vật thể gửi mạch điện tử Cảm biến nhận xạ hồng ngoại từ vật thể Mạch điện tử nhận chênh lệch xạ nhiệt môi trường xung quanh cảm biến có vật thể vào vùng quét, đưa lệnh tác động trị số chênh lệch có giá trị dương Chúng thiết kế để phát nhiệt độ thể chuyển động dải thông số cảm biến Đây công nghệ phổ biến sử dụng thiết bị thị trường b Cấu tạo: Một công tắc cảm biến chuyển động bao gồm nhiều linh kiện mạch điện chức hình thành.Trong quan linh kiện phát chuyển động thân nhiệt PIR lăng kính Fresnel Mặc dù phát triển rừ sớm (cuối năm 60 kỷ trước) đến năm 1970 có linh kiện hồng ngoại hoàn chỉnh California Hoa Kỳ Ngày linh kiện phổ biến biết với tên Mạch cảm biến PIR thực tế gọi PIR (Passive Infrared) Đó linh kiện phát chuyển động thân nhiệt Bản thân PIR đứng khả dị chuyển động thân nhiệt hạn chế theo tiêu chí phase, cự ly, v.v… Cho nên có lăng kính Fresnel hỗ trợ giúp thiết bị hoạt động xác Hình loại lăng kính Fresnel hay xác loại lăng kính Fresnel đa trịng Chất liệu lăng kính nhựa acrylic hay plycarbonate nhiều chất phụ gia Cho đến bí mật cơng nghệ mà có số quốc gia sản xuất chúng với chất lượng tốt Đây lăng kính quang học làm việc tốt dải sóng ánh sáng hồng ngoại nhiệt độ thấp Bằng thị giác ta đánh giá màu mờ đục, vốn khơng thích hợp cho ánh sáng trắng hay ánh sáng đa sắc Sở dỉ người ta thiết kế đa trịng để chia nhỏ khơng gian phía trước thành nhiều điểm Nhờ kết cấu đa tròng mà độ nhạy thiết bị tăng lên đáng kể Do linh kiện định đến chất lượng thiết bị c Kết luận: Ưu điểm: Cảm ứng chuyển động hồng ngoại có khả phát chuyển động xác người hay vật Nhược điểm: Bộ cảm biến hoạt động nguyên tắc phát tia hồng ngoại Nên với gia đình có ni động vật chạy qua tác động lên cảm biến Nên khó kiểm sốt hoạt động thiết bị điện 2 Cảm biến hồng ngoại chủ động AIR a Nguyên lý: Cảm biến hồng ngoại chủ động thường cấu tạo có phần: diode phát sáng LED máy thu Khi vật thể đến gần cảm biến, ánh sáng hồng ngoại từ đèn LED phản xạ khỏi vật thể người nhận phát Cảm biết hồng ngoại hoạt động đóng vai trị cảm biến tiệm cận chúng thường sử dụng hệ thống phát chướng ngại vật (như robot) b Cấu tạo: Gồm có mạch chức bóng LED phát hồng ngoại cảm biến hồng ngoại hình c Kết luận: Ưu điểm: Có khả phát chuyển động người đồ vật Bạn hồn tồn điều chỉnh góc cảm ứng theo ý muốn sử dụng vách ngăn để tránh vùng không muốn cảm ứng Nhược điểm: góc qt nhỏ, có điểm chết, khơng thể cảm biến xun vật cản Chính vè cơng nghệ phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ để cảm biến nên mơi trường có nhiệt độ cao độ nhạy kém, phạm vi từ 2-3m Cảm biến vi sóng a Nguyên lý: Cảm biến vi sóng (hay gọi cảm biến radar) Đây cảm biến sử dụng sóng vi ba (sóng siêu cao tần) loại sóng có bước sóng từ 30cm (tần số 1Hz) đến 1cm (tần số 30GHz) Hoạt động cảm biến vi sóng dựa nguyên lý hiệu ứng Droppler, cảm biến vi sóng phát bước sóng viba có tần số điều chế sóng liên tục 5.8Ghz, mức 10m nhận tín hiệu có chuyển động qua lại Bộ phận nhận tín hiệu đầu cảm biến so sánh tính tốn thay đổi tần số phát tần số thu để nhận biết có chuyển động vùng làm việc hay không b Cấu tạo: Gồm có: + mạch chức + Bộ tạo dao động Dielectric Resonator (vật liệu cách điện thường ceramic để tạo sóng microwave) + cặp Microstrip patch antenna (loại anten giống anten pcb mạch thường tích hợp sẵn bên cảm biến) Cảm biến Radar HB100X c Kết luận: Ưu điểm: Khoảng cách cảm ứng xa.Góc quét rộng, thường 360 độ Khả cảm ứng nhạy, có khả phát chuyển động nhỏ, khơng phụ thuộc vào người hay vật, có khả phát chuyển động xuyên qua vật thể mỏng phi kim nhựa, gỗ, kính, thạch cao… Có thể thay đổi độ trễ sáng Các loại công tắc loại thường trang bị chiết áp để thay đổi thời gian trễ, khả cảm biến quang khoảng cách cảm ứng Nhược điểm: Vì khả cảm ứng nhạy phát chuyển động vật nên đơi cảm biến vi sóng radar phát nhầm, làm cho đèn bật không lúc 4 Cảm biến sóng siêu âm a Nguyên lý: Cảm biến siêu âm có nguyên lý hoạt động dựa q trình cho nhận, có nghĩa hệ thống cảm biến liên tục phát sóng âm ngắn với tần số cao mức mà người nghe có tốc độ lan truyền mạnh Khi sóng âm gặp phải vật cản chất rắn hay chất lỏng tạo bước sóng phản hồi Sau cùng, thiết bị cảm biến tiếp nhận, phân tích xác định xác khoảng cách từ cảm biến đến vật cản b Cấu tạo: Thiết bị cảm biến siêu âm cấu tạo phận đầu dò phát tín hiệu Đầu dị cảm biến hoạt động microphone để nhận phát âm siêu âm Chúng thiết kế với nhiều hình dạng như:     Đầu dị thẳng (sóng dọc) Đầu dị ngang (sóng ngang) Đầu dị sóng bề mặt Đầu dị kép (một đầu phát đầu nhận tín hiệu) Mặc dù thiết kế khác thiết bị đầu dị cảm biến sóng siêu âm có chung cấu tạo gồm:  Bộ phát: Là phận cấu tạo từ gốm, với đường kính rộng 15mm, hoạt động nhờ chế chuyển động máy rung để tạo sóng siêu âm truyền vào khơng khí  Bộ thu: Có chức hình thành rung động học tương thích với sóng siêu âm chuyển đổi thành lượng điện đầu thu  Điều khiển: Là phận sử dụng mạch điện tích hợp để điều khiển truyền sóng siêu âm phát, từ đánh giá khả nhận tín hiệu kích thước thu  Nguồn điện DC: Cung cấp lượng cho thiết bị cảm biến thông qua mạch ổn áp, với mức điện áp PCB ± 10%, 24V ± 10% c Kết luận: Ưu điểm: Sóng siêu âm giúp người sử dụng đo khoảng cách từ điểm phát đến vật thể mà không cần phải tiếp xúc Do đó, thiết bị hữu dụng, dùng để đo chất lỏng có độ ăn mịn cao, nguy gây hại đến thể Ngồi chất lỏng, sóng siêu âm cịn lan truyền nhiều mơi trường khác như: khơng khí, chất rắn, để phát đo khoảng cách vật thể Hệ thống cảm biến siêu âm cịn có độ nhạy cao nên thời gian phản hồi nhanh, độ xác gần tuyệt đối sai số rơi vào khoảng trung bình 0,15% khoảng cách 2m Nhược điểm: Hệ thống cảm biến siêu âm bị nhiễu tín hiệu khơng lắp đặt cách Do đó, người dùng nên đọc kỹ hướng dẫn nhà sản xuất để lắp đặt xác Ngồi ra, chi phí cho thiết bị cảm biến thường cao 5 Cảm biến Tomographic Cảm biến kết hợp III KẾT LUẬN CHUNG DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Phụ lục: Phân công nhiệm vụ ... THIỆU CẢM BIẾN PHÁT HIỆN CHUYỂN ĐỘNG Cảm biến chuyển động thiết bị thông báo đối tượng chuyển động, chủ yếu người Một cảm biến chuyển động gọi máy phát chuyển động Tùy thuộc vào khả cảm biến chuyển. .. nguồn phát sóng chuyển động tương người quan sát II CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ CẢM BIẾN PHÁT HIỆN CHUYỂN ĐỘNG Cảm biến hồng ngoại thụ động PIR a Nguyên lý: Khi có người vật thể vùng quét, cảm biến. .. nhiệt độ, cảm biến độ ẩm, cảm biến phát chuyển động, …Nhóm chúng em định tìm hiểu cảm biến phát chuyển động – loại cảm biến ứng dụng rộng rãi thiết bị điện tử Chúng em xin chân thành cảm ơn TS