Mạch cảm biến trời tối đèn sáng

báo cáo về mạch cảm biến trời tối đèn sáng bao gồm 6 phần: mở đầu, lý thuyết, thiết kế mô phỏng và thực hiện phần cứng, kết quả đạt được trên thực tế và kết luận. bao gồm đầy đủ hình ảnh, lý thuyết, phục vụ cho các bạn sinh viên viết báo cáo đồ án điện tử cơ bản

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ -o0o - ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MẠCH CẢM BIẾN TRỜI TỐI ĐÈN SÁNG GVHD: SVTH: LỚP: MSSV: Ths Lê Mạnh Long Nguyễn Tuấn Anh 2019 hDT 04- K14 2019604227 HÀ NỘI, THÁNG 12 NĂM 2021 Đồ án môn học GVHD: Ths Lê Mạnh Long LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án điện tử bản, em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cô bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Lê Mạnh Long, giảng viên Bộ môn Kỹ Thuật Điện Tử - Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội, người tận tình hướng dẫn, bảo em suốt trình làm đồ án Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội nói chung, thầy Khoa điện tử nói riêng dạy dỗ cho em kiến thức môn đại cương mơn chun ngành, điều giúp em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện tốt cho em suốt trình học tập Với điều kiện thời gian kinh nghiệm hạn chế sinh viên, đồ án khơng thể tránh thiếu sót Em mong nhận bảo, đóng góp ý kiến thầy để em có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức mình, phục vụ tốt cho môn học công việc sau Hà Nội, ngày 28 tháng 12 năm 2021 Sinh viên Anh Nguyễn Tuấn Anh Đồ án môn học GVHD: Ths Lê Mạnh Long TÓM TẮT ĐỒ ÁN Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ giới mặt, khoa học cơng nghệ nói chung ngành cơng nghệ kỹ thuật điện tử nói riêng có nhiều phát triển vượt bậc, góp phần làm cho giới ngày đại văn minh Sự phát triển ngành kỹ thuật điện tử tạo hàng loạt thiết bị với đặc điểm độ xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ hoạt động ổn định Là yếu tố cần thiết giúp cho hoạt động sản xuất người đạt hiệu cao Từ lâu cảm biến người tạo sử dụng thiết bị cảm nhận để phát hiện, từ vài ba chục năm trở lại chúng thể vai trò quan trọng đời sống sản xuất Với nhu cầu người ngày tăng, đặt nhiều vấn đề cần giải thiết bị thông minh tiện lợi tiết kiệm tối ưu nguồn lượng điện Chính em chọn đề tài: “ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MẠCH CẢM BIẾN TRỜI TỐI ĐÈN SÁNG” nhằm mục đích đảm bảo nhu cầu ánh sáng cần thiết, tiện lợi tiết kiệm tối đa nguồn điện Nội dung báo cáo gồm phần: PHẦN 1: PHẦN MỞ ĐẦU PHẦN 2: LÝ THUYẾT PHẦN 3: THIẾT KẾ MÔ PHỎNG VÀ THỰC HIỆN PHẦN CỨNG PHẦN 4: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC TRÊN THỰC TẾ PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN PHẦN 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO Mặc dù em cố gắng hoàn thành báo cáo khơng tránh khỏi thiếu sót Mong q thầy, bạn đóng góp ý kiến để em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Đồ án môn học GVHD: Ths Lê Mạnh Long MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT ĐỒ ÁN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU PHẦN PHẦN MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan 1.2 Nhiệm vụ đề tài PHẦN LÝ THUYẾT 2.1 Sơ đồ khối mạch 2.2 Tìm hiểu số linh kiện khác sử dụng mạch PHẦN THIẾT KẾ MÔ PHỎNG VÀ THỰC HIỆN PHẦN CỨNG 14 3.1 Yêu cầu thiết kế 14 3.2 Thiết kế sơ đồ mạch ngun lý 14 3.3 Tính tốn giá trị thích hợp cho linh kiện mạch 16 3.4 Mô mạch phần mềm Proteus 17 3.5 Các điểm đo phần mềm 20 3.6 Sơ đồ mạch nguyên lý 21 3.7 Sơ đồ mạch in 21 3.8 Kế hoạch tài 22 PHẦN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC TRÊN THỰC TẾ 24 4.1 Mạch cắm board test 24 4.2 Lắp ráp hàn mạch 24 4.3 Hướng dẫn sử dụng mạch 25 4.4 Mạch chạy thực tế 28 PHẦN KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 29 5.1 Kết đạt 29 Đồ án môn học GVHD: Ths Lê Mạnh Long 5.2 Những mặt hạn chế 29 5.3 Hướng phát triển 29 5.4 Bài học kinh nghiệm 29 PHẦN TÀI LIỆU THAM KHẢO 29 Đồ án môn học GVHD: Ths Lê Mạnh Long DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Sơ đồ khối mạch Hình 2.2 IC LM358 10 Hình 2.3 Quang điện trở 11 Hình 2.4 Khi có ánh sáng chiếu vào 11 Hình 2.5 Khi ánh sáng ngừng chiếu vào 12 Hình 2.6 Transistor NPN C1815 12 Hình 2.7 Diode 1N4007 13 Hình 3.1 Khối nguồn mạch 14 Hình 3.2 Khối cảm biến mạch 15 Hình 3.3 Khối xử lý mạch 15 Hình 3.4 Khối hiển thị mạch 16 Hình 3.5 Mơ mạch phần mềm Proteus 17 Hình 3.6 Khi khơng có ánh sáng chiếu vào quang trở 17 Hình 3.7 Khi có ánh sáng chiếu vào quang trở 18 Hình 3.8 Khi khơng có ánh sáng chiếu vào quang điện trở 19 Hình 3.9 Khi có ánh sáng chiếu vào quang điện trở 19 Hình 3.10 Giá trị điện áp trước qua cầu diode 20 Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý mạch 21 Hình 3.12 Sơ đồ mạch in 2D mạch cảm biến trời tối đèn sáng 21 Hình 3.13 Sơ đồ mạch hình 3D mạch cảm biến trời tối đèn sáng 22 Hình 4.1 Mạch cắm board test 24 Hình 4.2 Mạch sau hồn thành 24 Hình 4.3 Mạch sau hàn 25 Hình 4.4 Những đồ dùng cần chuẩn bị 25 Hình 4.5 Sau xốy đèn vào đui đèn 26 Hình 4.6 Sau nối dây cấp nguồn cho mạch 26 Đồ án mơn học GVHD: Ths Lê Mạnh Long Hình 4.7 Sau nối dây từ mạch đến bóng đèn 27 Hình 4.8 Sau hồn thành lắp ráp 27 Hình 4.9 Khi có ánh sáng chiếu vào quang trở 28 Hình 4.10 Khi khơng có ánh sáng chiếu vào quang trở 28 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Các điểm đo mạch 20 Bảng 3.2 Bảng tài dự kiến 22 Đồ án môn học GVHD: Ths Lê Mạnh Long PHẦN 1.1 PHẦN MỞ ĐẦU Tổng quan Việt Nam có thứ hạng cao giới số tăng trưởng bất chấp tình trạng suy thối kinh tế tồn cầu Tuy nhiên thách thức đặt mức độ tăng trưởng kinh tế diễn mạnh mẽ đồng nghĩa với việc nhu cầu sử dụng lượng tăng nhanh Trung bình năm nhu cầu sử dụng lượng đất nước tăng gấp hai ngành lượng tăng trưởng đáp ứng khoảng 60% yêu cầu Tiết kiệm lượng trở thành nhu cầu cấp thiết Nhu cầu tiêu thụ lượng nước ta gia tăng mạnh mẽ, bối cảnh phải phấn đấu vượt qua thách thức to lớn nguy hủy hoại môi trường, nguồn tài nguyên lượng truyền thống (than, dầu khí, thủy điện) ngày khan hiếm, chủ đề “tiết kiệm lượng” có ý nghĩa vơ quan trọng Nhận thấy tầm quan trọng việc tiết kiệm lượng nói chung tiết kiệm điện nói riêng, em nghiên cứu thiết kế “MẠCH CẢM BIẾN TRỜI TỐI ĐÈN SÁNG” để tối ưu việc chiếu sáng, tự động hóa tiết kiệm lượng 1.2 Nhiệm vụ đề tài Thiết kế “ MẠCH CẢM BIẾN TRỜI TỐI ĐÈN SÁNG” dùng IC LM358 - Thiết kế mô mạch phần mềm Proteus - Đo giá trị điện áp số liệu cần thiết mạch - Vẽ thiết kế mạch in phần mềm Altium - In mạch, lắp ráp hàn mạch Đồ án môn học GVHD: Ths Lê Mạnh Long PHẦN 2.1 Sơ đồ khối mạch 2.1.1 Sơ đồ khối LÝ THUYẾT Hình 2.1 Sơ đồ khối mạch 2.1.2 Chức khối Ánh sáng tự nhiên (ánh sáng mặt trời) ánh sáng nhân tạo (bóng đèn) tác động vào khối cảm biến Khối nguồn: Hạ điện áp 220VAC sang 12VDC để cấp điện áp để nuôi khối cảm biến, khối xử lý, khối hiển thị Khối cảm biến: Có chức tiếp nhận tín hiệu ánh sáng, ta dùng quang trở Khối xử lý: IC LM358 có tác dụng so sánh điện áp đặt với điện áp từ khối cảm biến Từ định việc đèn sáng tắt Khối hiển thị: Có chức hiển thị đèn sáng tắt 2.2 Tìm hiểu số linh kiện khác sử dụng mạch a IC LM358 [7] IC LM358 IC chân opamp có nhiều gói khác Một gói sử dụng nhiều chất gói nhúng chân IC gồm opamp riêng biệt gói Cả hai op- amp có độ lợi cao sử dụng nguồn điện đơn kép IC tiêu thụ dòng điện thấp nên sử dụng nhiều mạch thiết bị chạy pin Nó hoạt động nhiều nguồn điện tử 3VDC đến 32VDC Đồ án mơn học GVHD: Ths Lê Mạnh Long Hình 2.2 IC LM358 Chức IC LM358: Lấy tín hiệu điện áp từ cảm biến so sánh với điện áp đặt b Quang trở LDR [4] Điện trở quang (Light Dependent Resistor) hay gọi quang trở pin cadimi sunphua (CdS) Về bản, tế bào quang điện hoạt động theo nguyên tắc quang dẫn hay có nghĩa điện trở có giá trị điện trở thay đổi theo cường độ ánh sáng Hình 2.3 Quang điện trở Đồ án mơn học GVHD: Ths Lê Mạnh Long 3.2.4 Khối hiển thị Hình 3.4 Khối hiển thị mạch Khối hiển thị bao gồm: - Relay có nhiệm vụ mở đèn tắt đèn - Diode D1 có nhiệm vụ bảo vệ relay transistor Q1 Do relay có cuộn dây nên tắt nguồn sinh dòng điện cảm ứng có chiều ngược lại đánh trở lại relay nên cần phải có diode để chặn dịng 3.3 Tính tốn giá trị thích hợp cho linh kiện mạch Để lấy điện áp chiều cần sử dụng cầu diode chỉnh lưu biến đổi điện áp xoay chiều thành chiều, điện áp có giá trị thấp điện áp trước qua lượng U D không phẳng (với diode bán dẫn Si có UD= 0.6V) Đối với mạch cần lấy điện áp chiều VDC= 12V cầu diode sử dụng bán dẫn Si Từ đó, điện áp qua cầu diode phải có giá trị thấp là: 12 + x 0.6 = 13.2 (V) Vậy điện áp qua cầu diode phải có giá trị >13.2 (V) Mà dùng trực tiếp điện áp xoay chiều 220VAC, nên trước cho áp qua cầu diode phải dùng tụ gốm có điện áp lớn để không bị đánh thủng để hạ điện áp Theo nguyên tắc chọn tụ an tồn [8] chọn tụ có: Tụ = Nguồn x 1.41 = 220 x 1.41 = 310 (V) ⇨ Chọn tụ 400V trở lên Ứng với tải P= 1.2W, Umax= 310V ta chọn tụ 2.25uF/630V Chọn điện trở mắc song song với tụ để làm tải cho tụ xả điện Có: 15 Đồ án môn học GVHD: Ths Lê Mạnh Long I = = ≈ 0.0019 (A) Umax = 220 + 630 = 850 (V) R = ≈ 447368 (Ω) Vậy ta chọn R> 470 (KΩ) hợp lý an toàn 3.4 Mơ mạch phần mềm Proteus Hình 3.5 Mơ mạch phần mềm Proteus 3.4.1 Kết mô Hình 3.6 Khi khơng có ánh sáng chiếu vào quang trở 16 Đồ án môn học GVHD: Ths Lê Mạnh Long Hình 3.7 Khi có ánh sáng chiếu vào quang trở 3.4.2 Nguyên lý hoạt động Khi có ánh sáng chiếu vào quang điện trở LDR, nội trở LDR giảm xuống làm cho điện chân +input LM358 giảm xuống Ngược lại, khơng có ánh sáng chiếu vào quang điện trở LDR, nội trở LDR tăng lên làm cho điện chân +input LM358 tăng lên Điện chân –input +input LM358 so sánh với để xuất điện áp chân output Ta có: V2 điện áp chân –input V3 điện áp chân +input V4 điện áp chân –Vcc V8 điện áp chân +VCC V1 điện áp chân Output Khi V2 > V3 V4 = V1 = Khi transistor khơng dẫn, relay trạng thái tắt đèn sáng 17 Đồ án môn học GVHD: Ths Lê Mạnh Long Hình 3.8 Khi khơng có ánh sáng chiếu vào quang điện trở Khi V2 < V3 V8 = V1 ≠ Khi transistor thơng, relay trạng thái hoạt động đèn tắt Hình 3.9 Khi có ánh sáng chiếu vào quang điện trở Chúng ta chỉnh độ nhạy mạch cách vặn biến trở RV1 18 Đồ án môn học GVHD: Ths Lê Mạnh Long 3.4.3 So sánh kết tính tốn lý thuyết với kết mơ Hình 3.10 Giá trị điện áp trước qua cầu diode Có thể thấy giá trị điện áp trước qua cầu diode mô 13.8374 (V), lớn 0.6374 (V) so với kết tính tốn lý thuyết ⇨ Phù hợp với u cầu tính tốn lý thuyết đặt Vậy kết tính tốn lý thuyết giống với kết mô qua phần mềm Proteus 3.5 Các điểm đo phần mềm Bảng 3.1 Các điểm đo mạch TT Điểm đo Mô tả A Điện áp đầu mạch nguồn B Điện áp đầu vào chân số IC LM358 C Điện áp đầu vào chân số IC LM358 D Điện áp chân B C1815 E Dòng điện đầu vào chân B C1815 19 Đồ án môn học GVHD: Ths Lê Mạnh Long 3.6 Sơ đồ mạch nguyên lý 3.7 Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý mạch Sơ đồ mạch in Hình 3.12 Sơ đồ mạch in 2D mạch cảm biến trời tối đèn sáng 20 Đồ án môn học GVHD: Ths Lê Mạnh Long Hình 3.13 Sơ đồ mạch in 3D mạch cảm biến trời tối đèn sáng 3.8 Kế hoạch tài Bảng 3.2 Bảng tài dự kiến ST Tên linh kiện Số lượng Đơn giá T 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 IC LM358 Tụ CBB 225J/ 630V Diode 1N4007 Điện trở 10K Điện trở 560K Transistor C1815 NPN Diode Zener 12V Quang trở Tụ hóa 470uF/50V Header 2P Tụ gốm 104 Điện trở 330 Điện trở 1K Relay SRD 12V Biến trở 10K Board Test Dây cắm Board Test Giấy in nhiệt Led 3mm xanh Điện trở 100Ω 2W Phíp đồng Bột sắt 2 1 2 2 1 1 2 1 1 1 4.000đ/ 6.000đ/ 2.500đ/ túi 2.500đ/ túi 2.500đ/ túi 2.000đ/ 1.500đ/ 2.000đ/ 1.500đ/ 5.000đ/ túi 1.000đ/ túi 2.500đ/ túi 2.500đ/ túi 7.000đ/ 2.000đ/ 40.000đ/ 28.000đ/ 1.500đ/ tờ 3.000đ/ túi 5.000đ/ túi 35.000đ/ 10.000đ/ túi Tổng 8.000đ 12.000đ 2.500đ 2.500đ 2.500đ 4.000đ 3.000đ 4.000đ 3.000đ 5.000đ 1.000đ 2.500đ 2.500đ 14.000đ 4.000đ 40.000đ 28.000đ 3.000đ 3.000đ 5.000đ 35.000đ 10.000đ 21 Đồ án môn học Tổng cộng GVHD: Ths Lê Mạnh Long 194.500đ 22 Đồ án môn học GVHD: Ths Lê Mạnh Long 4.1 PHẦN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC TRÊN THỰC TẾ Mạch cắm board test 4.2 Hình 4.1 Mạch cắm board test Lắp ráp hàn mạch Hình 4.2 Mạch sau hồn thành 23 Đồ án môn học GVHD: Ths Lê Mạnh Long Hình 4.3 Mạch sau hàn 4.3 Hướng dẫn sử dụng mạch Mạch “CẢM BIẾN TRỜI TỐI ĐÈN SÁNG” làm cho đèn bật trời tối tắt đèn trời sáng Đây bước hướng dẫn sử dụng mạch: Chuẩn bị: - Hình 4.4 Những đồ dùng cần chuẩn bị Một đoạn dây điện dây điện có phích cắm - Một bóng đèn huỳnh quang đui đèn - Một tua vít 24 Đồ án môn học - GVHD: Ths Lê Mạnh Long “MẠCH CẢM BIẾN TRỜI TỐI ĐÈN SÁNG” Bước 1: Xoáy đèn vào đui đèn Hình 4.5 Sau xốy đèn vào đui đèn Bước 2: Nối dây cấp nguồn cho mạch Hình 4.6 Sau nối dây cấp nguồn cho mạch Bước 3: Nối dây từ mạch đến bóng đèn 25 Đồ án mơn học GVHD: Ths Lê Mạnh Long Hình 4.7 Sau nối dây từ mạch đến bóng đèn Chỉ với bước đơn giản hồn thành việc lắp ráp bắt đầu sử dụng Hình 4.8 Sau hồn thành lắp ráp Lưu ý: 26 Đồ án môn học - GVHD: Ths Lê Mạnh Long Đây mạch hở nên động vào mạch bị giật nên cấp nguồn tuyệt đối khơng sờ vào mạch 4.4 Có thể chỉnh độ nhạy mạch cách vặn biến trở Mạch chạy thực tế Hình 4.9 Khi có ánh sáng chiếu vào quang trở Hình 4.10 Khi khơng có ánh sáng chiếu vào quang trở 27 Đồ án môn học GVHD: Ths Lê Mạnh Long PHẦN KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết đạt 5.1.1 Về công nghệ Thiết kế thành công “MẠCH CẢM BIẾN TRỜI TỐI ĐÈN SÁNG” - Mạch có độ nhạy cao vận hành ổn định 5.1.2 Về kỹ mềm Trong trình làm đồ án, em cố gắng vận dụng kiến thức ngành để hồn thành mạch Nhờ đó, em nâng cao kiến thức, cách tiếp cận vấn đề gặp tốn Đó trang bị cần thiết cho em làm việc môi trường doanh nghiệp 5.2 Những mặt hạn chế “ MẠCH CẢM BIẾN TRỜI TỐI ĐÈN SÁNG” em nghiên cứu hạn chế riêng như: chưa tạo độ trễ cho đèn - Mối hàn lỗ khoan mạch chưa tốt, linh kiện chưa tối ưu 5.3 Hướng phát triển “MẠCH CẢM BIẾN TRỜI TỐI ĐÈN SÁNG” có tính tự động mở đèn trời tối tắt có đủ ánh sáng nên tiết kiệm điện cách hiệu Mạch ứng dụng nhiều thực tế như: 5.4 - Dùng để bật tắt đèn chiếu sáng công cộng - Dùng để bật tắt đèn hành lang - Dùng để bật tắt sân vườn - Ứng dụng trong: Bảng hiệu, đèn quảng cáo Bài học kinh nghiệm Cố gắng chủ động việc giải thắc mắc tương tác với thầy hướng dẫn tích cực rèn luyện thêm kỹ mềm công việc 28 Đồ án môn học GVHD: Ths Lê Mạnh Long PHẦN TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Thị Thu Hà, Giáo trình kỹ thuật cảm biến, Nhà xuất Khoa học tự nhiên Công nghệ, 2019 [2] Lê Mạnh Long, Giáo trình Thực hành điện tử 1, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2014 [3] Phạm Minh Hà, Kỹ thuật Mạch điện tử, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 1997 [4] https://phukiendienmattroi.net/quang-tro-cau-tao-va-nguyen-ly [5] https://dientutuonglai.com/tim-hieu-diode-1n4007.html [6] https://dientutuonglai.com/tim-hieu-c1815.html [7] https://dientutuonglai.com/tim-hieu-lm358.html [8] https://mobitool.net/cach-chon-tu-cho-mach-nguon.html [9] http://dinh-vision.blogspot.com/2016/02/mach-nguon-ha-ap-su-dungtu-va-ien-tro.html 29 ... nguyên lý mạch 21 Hình 3.12 Sơ đồ mạch in 2D mạch cảm biến trời tối đèn sáng 21 Hình 3.13 Sơ đồ mạch hình 3D mạch cảm biến trời tối đèn sáng 22 Hình 4.1 Mạch cắm board test 24 Hình 4.2 Mạch sau... thiết kế “MẠCH CẢM BIẾN TRỜI TỐI ĐÈN SÁNG” để tối ưu việc chiếu sáng, tự động hóa tiết kiệm lượng 1.2 Nhiệm vụ đề tài Thiết kế “ MẠCH CẢM BIẾN TRỜI TỐI ĐÈN SÁNG” dùng IC LM358 - Thiết kế mô mạch phần... tạo độ trễ cho đèn - Mối hàn lỗ khoan mạch chưa tốt, linh kiện chưa tối ưu 5.3 Hướng phát triển “MẠCH CẢM BIẾN TRỜI TỐI ĐÈN SÁNG” có tính tự động mở đèn trời tối tắt có đủ ánh sáng nên tiết kiệm