BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC Đề Tài ĐÈN NHÀ VỆ SINH Ngành Kỹ thuật cơ điện tử . Mục tiêu của đề tài : thiết bị chiếu sáng đã từ rất lâu trở thành công cụ rất cần thiết trong nhu cầu sinh hoạt cũng như trong cuộc sống của con người. hiện nay trên thị trường cũng đã có rất nhiêu loại đèn chiếu sáng thông minh, cảm biến hồng ngoại, cảm biến thân nhiệt,tuy nhiên các thiết bị cần nhiều cải thiện để đáp ứng cuộc sống con người trở nên thuận tiện hơn. Đề tài “Đèn nhà vệ sinh” được lắp có thể tự động bật sáng khi có người đi vào nhà vệ sinh và tự động tắt khi rời nhà vệ sinh, giúp cuộc sống con người trở nên thuận tiện hơn, tiết kiệm thời gian hơn, tránh tình trạng quên tắt đèn gây lãng phí .
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO ĐỒ ÁN MƠN HỌC Đề Tài: ĐÈN NHÀ VỆ SINH Ngành: Kỹ thuật điện tử Giảng viên hướng dẫn : Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên thực MSSV: 1811030081 : Lê Minh Tấn Lớp: 18DCTA1 TP Hồ Chí Minh, năm 2020 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tin em xin chân thành cảm ơn tất quý Thầy/Cô trường Đại học Công Nghệ TP Hồ Chí Minh, q Thầy/Cơ Viện Kỹ thuật HUTECH giảng dạy, truyền đạt kiến thức hữu ích kinh nghiệm quý báu cho em thời gian qua Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới cô Võ Thị Bích Ngọc người tận tình hướng dẫn em hồn thành đồ án môn học Xin cảm ơn tất bạn, anh/chị tận tình giúp đỡ quan tâm tới em suốt trình thực thành đồ án mơn học Vì lần đầu làm đồ án, kiến thức chun mơn cịn hạn chế thân thiếu kinh nghiệm thực tiễn nên nội dung báo cáo không tránh khỏi thiếu sót Với ước mong học hỏi, em mong nhận góp ý, hướng dẫn, bảo thêm quý Thầy/Cô giáo để em rút kinh nghiệm cho đồ án tốt Em xin chân thành cảm ơn! Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020 Sinh viên thực LÊ MINH TÁN MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG : TỔNG QUAN CHƯƠNG : KIẾN THỨC HỖ TRỢ Cảm biến tiệm cận quang Điện trở Tụ(capacitor) IC 7805 IC 555 IC 4013 Transistor C1815 Transistor A1015 Relay 10 Diode 1N4007 11 Diode zener CHƯƠNG 3: TÍNH TĨAN THIẾT KẾ 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI 3.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ Sơ đồ nguyên lý chi tiết Nguyên lý hoạt động 3.3 THI CÔNG Sơ đồ mạch in Mơ hình thực tế 3.4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN Mạch hoạt động Ưu Khuyết điểm mạch TÀI LIỆU THAM KHẢO Bố cục đồ án sau: Chương 1: Tổng quan - Lý chọn đề tài: Trong phát triển đất nước nay, điện tử dần chiếm ưu số lượng lớn, ứng dụng nhiều thiết bị điện tử dân dụng, nhiều lĩnh vực đo lường, điều khiển,cảm biến nhờ vào ưu điểm nó, nói, điện tử dần trở thành người bạn song hành thiếu sống phát triển người Các thiết bị điện tử thông minh áp dụng nhiều nơi cơng cộng Hiện nay, hầu hết cơng trình vệ sinh chưa lắp đặt hệ thống đèn thông minh, cần nhiều thao tác người Ngồi ra, chức tiết kiệm lượng chưa áp dụng rộng rãi nhà vệ sinh Đề tài áp dụng nhà vệ sinh quy mơ hộ gia đình Do kiến thức cịn hạn hẹp thời gian nghiên cứu thực không nhiều nên đề tài em cịn nhiều sai sót hạn chế Mặc dù phần thiết kế tính tốn chi tiết mạch, thơng số đơi cịn mang tính lý thuyết, chưa thực tế Em mong đóng góp sửa chữa để đề tài mang tính khả thi - Mục tiêu đề tài : thiết bị chiếu sáng từ lâu trở thành công cụ cần thiết nhu cầu sinh hoạt sống người thị trường có nhiêu loại đèn chiếu sáng thơng minh, cảm biến hồng ngoại, cảm biến thân nhiệt,tuy nhiên thiết bị cần nhiều cải thiện để đáp ứng sống người trở nên thuận tiện Đề tài “Đèn nhà vệ sinh” lắp tự động bật sáng có người vào nhà vệ sinh tự động tắt rời nhà vệ sinh, giúp sống người trở nên thuận tiện hơn, tiết kiệm thời gian hơn, tránh tình trạng quên tắt đèn gây lãng phí Chương 2: Cơ sở lý thuyết - Các linh kiện dùng mạch thiết kế : Cảm biến tiệm cận quang: Cấu tạo cảm biến quang gồm có phần : • Bộ phát ánh sáng • Bộ thu ánh sáng • Bo mạch xử lý tín hiệu điện Chức phần sau : o Bộ phát ánh sáng : Có nhiệm vụ phát ánh sáng dạng xung (tần số) Tần số ánh sáng hãng sản xuất thiết kế đặc biệt để thu ánh sáng phân biệt ánh sáng từ cảm biến ánh sáng từ nguồn khác bên : ánh sáng tự nhiên (ban ngày), bóng đèn,… o Bộ thu ánh sáng : Có nhiệm vụ tiếp nhận ánh sáng từ phát sáng, gọi phototransistor (tranzito quang) o Mạch xử lý tín hiệu điện : Khi tiếp nhận tín hiệu từ thu ánh sáng Mạch điện tử chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ tranzito quang thành tín hiệu ON / OFF khuếch đại Tín hiệu ngõ thường dùng NPN, PNP,… Điện trở: Điện trở cản trở dòng điện vật dẫn điện, vật dẫn điện tốt điện trở nhỏ, vật dẫn điện điện trở lớn, vật cách điện điện trở vơ lớn Trong thiết bị điện tử điện trở linh kiện quan trọng, chúng làm từ hợp chất cacbon kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo loại điện trở có trị số khác Đơn vị điện trở · Đơn vị điện trở Ω (Ohm) , KΩ , MΩ · 1KΩ = 1000 Ω · 1MΩ = 1000 K Ω = 1000.000 Ω o Bảng vịng màu điện trở: Tính giá trị điện trở Đối với điện trở vạch màu: • Vạch màu thứ nhất: Chỉ giá trị hàng chục giá trị điện trở • Vạch màu thứ hai: Chỉ giá trị hàng đơn vị giá trị điện trở • Vạch màu thứ ba: Chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ 10 dùng nhân với giá trị điện trở • Vạch màu thứ 4: Chỉ giá trị sai số điện trở Đối với điện trở vạch màu: • Vạch màu thứ nhất: Chỉ giá trị hàng trăm giá trị điện trở • Vạch màu thứ hai: Chỉ giá trị hàng chục giá trị điện trở • Vạch màu thứ ba: Chỉ giá trị hàng đơn vị giá trị điện trở • Vạch màu thứ 4: Chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ 10 dùng nhân với giá trị điện trở • Vạch màu thứ 5: Chỉ giá trị sai số điện trở Tụ(capacitor): o Tụ điện linh kiện điện tử thụ động cấu tạo hai cực đặt song song ngăn cách lớp điện mơi Khi có chênh lệch điện hai bề mặt, bề mặt xuất điện tích điện lượng trái dấu Tụ điện có tính chất cách điện chiều cho dòng điện xoay chiều qua nhờ nguyên lý phóng nạp Chúng sử dụng mạch điện tử: mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động vv… o Ký hiệu: Tụ điện có ký hiệu C viết tắt Capacitior o Đơn vị tụ điện: Fara (F), Trong : Fara: 1F = 10-6MicroFara = 10-9 Nano Fara = 10-12 Pico Fara IC 7805: o L7805 (Bộ ổn áp 5V): L7805 ổn áp bản, ổn áp dương có chân với mức ổn định điện áp đầu 5V Bộ ổn áp cố định đưa tự điều chỉnh cục bộ, giới hạn dòng điện bên trong, điều khiển ngắt nhiệt, bảo vệ phạm vi an toàn cho dự án bạn Bộ ổn áp loại cung cấp dịng điện tối đa 1.5A 5 IC 555: • IC NE555 N gồm có chân + Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân gọi chân chung + Chân số 2(TRIGGER): Đây chân đầu vào thấp điện áp so sánh dùng chân chốt hay ngõ vào tần so áp.Mạch so sánh dùng transitor PNP với mức điện áp chuẩn 2/3Vcc + Chân số 3(OUTPUT): Chân chân dùng để lấy tín hiệu logic Trạng thái tín hiệu xác định theo mức 1 mức cao tương ứng với gần Vcc (PWM=100%) mức tương đương với 0V mà thực tế mức ko 0V mà khoảng từ (0.35 ->0.75V) + Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái Khi chân số nối masse ngõ mức thấp Còn chân nối vào mức áp cao trạng thái ngõ tùy theo mức áp chân 6.Nhưng mà mạch để tạo dao động thường hay nối chân lên VCC + Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn IC 555 theo mức biến áp hay dùng điện trở cho nối GND Chân khơng nối mà để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF tụ lọc nhiễu giữ cho điện áp chuẩn ổn định + Chân số 6(THRESHOLD) : chân đầu vào so sánh điện áp khác dùng chân chốt + Chân số 7(DISCHAGER) : xem chân khóa điện tử chịu điều khiển bỡi tầng logic chân Khi chân mức áp thấp khóa đóng lại.ngược lại mở Chân tự nạp xả điện cho mạch R-C lúc IC 555 dùng tầng dao động + Chân số (Vcc): Khơng cần nói bít chân cung cấp áp dịng cho IC hoạt động Khơng có chân coi IC chết Nó cấp điện áp từ 2V >18V (Tùy loại 555 thấp NE7555) • Thông số + Điện áp đầu vào : - 18V ( Tùy loại 555 : LM555, NE555, NE7555 ) + Dòng tiêu thụ : 6mA - 15mA + Điện áp logic mức cao : 0.5 - 15V + Điện áp logic mức thấp : 0.03 - 0.06V + Công suất tiêu thụ (max) 600mW • Chức 555 + Tạo xung + Điều chế độ rộng xung (PWM) + Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng thu phát hồng ngoại) 6 IC 4013 IC 4013 loại D flip-flops cấu tạo bên flip-flops loại D với hai trạng thái ổn định Sử dụng đầu vào kích để thay đổi trạng thái Mỗi flip-flop có liệu độc lập, set, reset, đầu vào clock Thiết lập cài đặt lại độc lập xung clock thực cấp độ cao thiết lập thiết lập đường dây tương ứng 7 Transistor(C1815): Transitor C1815 sử dụng giai đoạn khuếch đại âm thanh, khuếch đại âm nhỏ (nếu sử dụng để lái loa nhỏ), tiền khuếch đại giai đoạn tiền khuếch đại Nó sử dụng chuyển đổi mạch điện tử để điều khiển tải 150mA, ví dụ để điều khiển rơle, bóng bán dẫn cơng suất cao khác, đèn LED công suất thấp phận khác mạch điện tử, v.v Nó sử dụng để tạo cặp darlington Tính / thơng số kỹ thuật: • Loại gói: TO-92 • Loại bóng bán dẫn: NPN • Bộ IC dịng điện tối đa (I C ): 150mA • Điện áp cực đại Collector-Emitter (V CE ): 50V • Điện áp cực đại Collector-Base (V CB ): 60V • Điện áp cực đại cực phát (VEBO): 5V • Max Collector Dissestion (Pc): 400 miliWatt • Tần số chuyển đổi tối đa (fT): 80 MHz • Mức tăng dịng DC tối thiểu tối đa (h FE ): 70 – 700 • Lưu trữ tối đa nhiệt độ hoạt động phải là: -55 đến +150 C Các ứng dụng: • Mạch cảm biến • Bộ tiền khuếch đại âm • Giai đoạn khuếch đại âm • Chuyển đổi tải 150mA • Mạch RF Transistor(A1015) • Transistor a1015 linh kiện điện tử transistor lưỡng cực loại p-n-p A1015 sản xuất vỏ nhựa TO-92 • Cách xác định chân a1015 là: • Khi nhìn vào mặt phẳng chân hướng xuống theo thứ tự từ trái qua phải cực phát, cực thu, cực gốc Đặc điểm a1015 • Loại - p-n-p • Điện áp C-E là: -50 V • Điện áp C-B là: -50 V • Điện áp E-B là: -5 v • Dòng điện cực thu: -0.15 A • Hệ số khuếch đại dòng chiều (hfe) - 70 đến 400 • Tần số chuyển tiếp: - 80 MHz • Khoảng nhiệt độ hoạt động lưu trữ: -55 đến +125 ° C • Vỏ - TO-92 Relay • Rơ-le cơng tắc (khóa K) Nhưng khác với cơng tắc chỗ bản, rơle kích hoạt điện thay dùng tay người Chính lẽ đó, rơ-le dùng làm cơng tắc điện tử • Trên thị trường có loại module rơ-le: module rơ-le đóng mức thấp (nối cực âm vào chân tín hiệu rơ-le đóng), module rơ-le đóng mức cao (nối cực dương vào chân tín hiệu rơ-le đóng) Nếu sơ sánh module rơ-le có thơng số kỹ thuật hầu hết kinh kiện giống nhau, khác chỗ transistor module Chính transistor nên sinh loại module rơ-le (có loại transistor NPN – kích mức cao, PNP – kích mức thấp) Cấu tạo • Gồm phần : • Cuộn hút ( Nam châm điện ) : tạo lượng từ trường để hút tiếp điểm lại đảo trạng thái chân NO ( thường mở ) NC ( thường đóng ) với điện áp làm việc 12V • Cặp tiếp điểm ( NO NC ) : đóng ngắt tín hiệu thiết bị điện ngăn cách với cuộn dây Thông số kỹ thuật: Điện áp điều khiển: 12V Dòng điện cực đại: 10A Thời gian tác động: 10ms Thời gian nhả hãm: 5ms Nhiệt độ hoạt động: -45oC ~ 75oC Relay chân SRD-12VDC loại linh kiện đóng ngắt điện đơn giản Nó gồm phần cuộn hút tiếp điểm 10 Diode 1N4007 Diode 1N4007 diode chỉnh lưu tiếp giáp PN Những loại điốt cho phép dòng điện chạy theo hướng Vì vậy, sử dụng để chuyển đổi nguồn AC thành DC Điốt 1N4007 tương thích điện với điốt chỉnh lưu khác sử dụng thay cho diode thuộc dòng 1N400X 11 Diode zener Diode Zener (Zener diode) gọi diode ổn áp, loại điốt bán dẫn làm việc chế độ phân cực ngược vùng điện áp đánh thủng (breakdown) Điện áp gọi điện áp Zener hay thác lở (avalanche) Khi giá trị điện áp thay đổi Nó chế tạo cho phân cực ngược điốt Zener ghim mức điện áp gần cố định giá trị ghi diode, làm ổn áp cho mạch điện Thông số kỹ thuật • Điện áp ngược : 75V • Thời gian phục hồi : 4ns • Dịng điện thuận : 300mA • Công suất tiêu tán : 500mW • Nhiệt độ hoạt động : -65 ~ 175 độ C Do tính chất dẫn điện chiều nên Diode thường sử dụng mạch chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành chiều, mạch tách sóng, mạch gim áp phân cực cho transistor hoạt động Trong mạch chỉnh lưu Diode tích hợp thành Diode cầu Cấu tạo Diode Zener Dịng điốt có hai lớp bán dẫn P – N ghép với nhau, Diode Zener ứng dụng chế độ phân cực ngược Khi phân cực thuận Diode zener diode thường phân cực ngược Diode zener gim lại mức điện áp cố định giá trị ghi diode Chương 3: thiết kế thi công mạch 3.1 Sơ đồ khối giải thích chức khối: KHỐI NGUỒN KHỐI CẢM BIẾN KHỐI DAO ĐỘNG KHỐI CHỐT KHỐI ĐÓNG NGẮT KHỐI NGUỒN: điện 220V AC cấp vào chuyển sang 12V DC thông qua nguồn tụ để điều khiển relay, dựa vào tính nạp xả tụ 105/630V thông qua ổn áp 7805 dòng điện 5V DC KHỐI CẢM BIẾN: o sử dụng tiệm cận quang: o Bộ phát ánh sáng : Có nhiệm vụ phát ánh sáng dạng xung (tần số) Tần số ánh sáng hãng sản xuất thiết kế đặc biệt để thu ánh sáng phân biệt ánh sáng từ cảm biến ánh sáng từ nguồn khác bên : ánh sáng tự nhiên (ban ngày), bóng đèn,… o Bộ thu ánh sáng : Có nhiệm vụ tiếp nhận ánh sáng từ phát sáng, gọi phototransistor (tranzito quang) o Mạch xử lý tín hiệu điện : Khi tiếp nhận tín hiệu từ thu ánh sáng Mạch điện tử chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ tranzito quang thành tín hiệu ON / OFF khuếch đại Tín hiệu ngõ thường dùng NPN, PNP, … KHỐI DAO ĐỘNG: Nhận tính hiệu cảm biến tiệm cận quang , xử lý tính hiệu thơng qua ic 555 tạo xung , ic 4013 nhận xung từ ic555 kích hoạt chân lên mức cao/thấp để đóng/mở relay KHỐI CHỐT: tác dụng IC4013 đảo trạng thái, IC555 tạo xung IC4013 cho mức cao( mức 1), IC 555 tạo xung thứ IC4013 đảo trang thái xung trước đó( mức 0) KHỐI ĐĨNG NGẮT: có dịng điện cấp vào cuộn dây relay, tiếp điểm thường đóng relay mở ra, tiếp điểm thường mở đóng lại 3.2 Sơ đồ nguyên lý chi tiết mạch: Trình bày ngun lý họat động mạch: • có người qua tầm quét tiệm cận quang, tiệm cận quang cung cấp tính hiệu cho ic555 bắt đầu đếm, timer đếm cách nạp điện qua tụ C3(100uf), thời gian đếm phụ thuộc vào điều chỉnh biến trở RV3 (100k), tụ C3(100uf) nạp 2/3 VCC ic 555 kích hoạt chân Q lên mức cao, tạo xung Khi nhận xung từ ic555, ic4013 kích chân Q lên mức cao, transistor C1815 dẫn điện, relay đóng lại, cấp nguồn cho đèn sáng 3.3 Sơ đồ mạch thi công, mạch in 3.4 Tính tốn thiết kế: Biến trở chỉnh thời gian trễ: T=1.1((R9+VR3).C3) Tmin= 1.1((1000.0,0001)= 100 ms Tmax= 1.1((1000+ 100000).0,0001)= 11,11 s Chương 4: Kết luận định hướng phát triển Kết luận: Sau thời gian tính tốn, thi cơng sửa chữa cuối mạch hoạt động ổn định, bên cạnh cịn nhiều thiếu sót nên mạch chưa hồn hảo cho lắm, Như là: -mạch sử dụng cho nhà vệ sinh có người vào - mạch chưa có vỏ hộp bảo vệ, gây an tồn điện thẩm mỹ… Định hướng phát triển: Đối với kinh tế đất nước ngày lên, người ngày phát triển việc địi hỏi sử dụng thiết bị thơng minh để thuận lợi sống quan tâm nghiên cứu nhiều Nhiều nơi có hệ thống nhà vệ sinh tự động bật tắt đèn có người vào từ lâu, đại đa số thiết kế cảm biến nhận biết qua chuển động người, người lọt vào vùng nhận biết cảm biến lại đứng yên, không chuyển động sau thời gian setup sẵn đèn tự tắt Tuy sản phẩm chưa hồn hảo chưa trở thành sản phẩm hoàn chỉnh để phục vụ người, em tin cố gắn hồn thiện sản phẩm thời gian sớm Tài liệu tham khảo: Ths Nguyễn Thị Ngọc Anh Ths Võ Thị Bích Ngọc - Kỹ thuật điện tử - ấn 2018 https://datasetsearch.research.google.com/ https://www.smarthomesh.com/2018/02/bat-tat-en-tu-ong-nha-tam-nhave-sinh.html ... biệt để thu ánh sáng phân biệt ánh sáng từ cảm biến ánh sáng từ nguồn khác bên : ánh sáng tự nhiên (ban ngày), bóng đèn,… o Bộ thu ánh sáng : Có nhiệm vụ tiếp nhận ánh sáng từ phát sáng, gọi phototransistor... NPN, PNP,… Điện trở: Điện trở cản trở dòng điện vật dẫn điện, vật dẫn điện tốt điện trở nhỏ, vật dẫn điện điện trở lớn, vật cách điện điện trở vơ lớn Trong thiết bị điện tử điện trở linh kiện quan... có phần : • Bộ phát ánh sáng • Bộ thu ánh sáng • Bo mạch xử lý tín hiệu điện Chức phần sau : o Bộ phát ánh sáng : Có nhiệm vụ phát ánh sáng dạng xung (tần số) Tần số ánh sáng hãng sản xuất thiết