(TIỂU LUẬN) CHỦ đề THIẾT bị THÔNG MINH TRONG NHÀ ở ( tư vấn THIẾT kế xây DỰNG)

PHỤ LỤC CHỦ ĐỀ: THIẾT BỊ THÔNG MINH TRONG NHÀ Ở ( TƯ VẤN THIẾT KẾ XÂY DỰNG) Sản phẩm: https://www.youtube.com/watch?v=8s9JTbzh8Ic MÔ TẢ CHỦ ĐỀ 1.1 Địa điểm tổ chức: Lớp học 1.2 Mơn học tích hợp chủ đề - Mơn Vật lí: Mạch điện đơn giản có bóng đèn, Tìm hiểu cảm biến, loại cảm biến - Môn công nghệ: Bản vẽ kĩ thuật, thiết kế nhà 1.3 Thời gian thực hiện: tuần 1.4 Tình học tập nhiệm vụ thực tiễn: Với ngơi nhà, hệ thống chiếu sáng ln đóng vai trò quan trọng Thiết kế hệ thống chiếu sáng phải phù hợp với chức nhà hệ thống mạng điện cơng cộng, nâng cao tính an tồn sử dụng, tiết kiệm chi phí tiêu thụ điện Một hệ thống chiếu sáng tiêu chuẩn cần đảm bảo yếu tố: khơng có bóng tối, độ rọi đồng diện tích chiếu sáng, khơng gây ảnh hưởng xấu đến thị lực mà tiết kiệm điện tối đa Đối với hệ thống chiếu sáng cho nhà truyền thống Việt Nam, đèn bố trí hợp lí cho số đèn sử dụng mà đảm bảo tiêu chuẩn chiếu sáng cho khu vực khác khuôn viên nhà Hơn nữa, với hệ thống chiếu sáng thông minh sử dụng điều khiển, ta kiểm sốt tự động bật/tắt bóng đèn làm tăng độ sáng có diện người giảm độ sáng không cần thiết, giúp giảm việc lãng phí lượng gây ảnh hưởng xấu đến mơi trường đảm bảo mục tiêu phát triển bền vững khu vực Bên cạnh tình hình an ninh trật tự diễn biến phức tạp đặc biệt thành phố lớn Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, nhiều vụ trộm cướp nguy hiểm xảy để lại nhiều hậu đáng tiếc Thời điểm trộm thường đột nhập vào lúc 3h đến 4h sáng ta ngủ sâu nhất, làm, cơng tác xa nhà Vì việc lắp đặt thiết bị chống trộm phần hạn chế mối đe dọa trộm cắp tài sài giúp bạn phòng bị phần lớn khiến kẻ đột nhập phải bỏ Nhiệm vụ đưa thiết kế thi công thiết bị thông minh( hệ thống chiếu sáng, cảnh báo trộm thông minh, báo cháy) MỤC TIÊU BÀI HỌC Sau học xong chủ đề học sinh có khả năng: 2.1 Kiến thức: - Vẽ mạch điện đơn giản có nguồn điện, bóng đèn, cịi thiết bị cảm biến Hiểu nguyên tắc hoạt động số cảm biến phổ biến: cảm biến ánh sáng, cảm biến hồng ngoài, cảm biến khoảng cách,… - Lựa chọn giải pháp thiết kế thiết bị thơng minh có tính theo u cầu mong muốn - Xác định cấu tạo nhà, lựa chọn vật liệu phù hợp để tạo mơ hình ngơi nhà 2.2 Kỹ năng: - Lắp đặt hệ thống chiếu sáng, cảnh báo trộm thông minh, báo cháy đáp ứng yêu cầu thiết kế - Thiết lập thử nghiệm tham số điều chỉnh thiết bị thông minh 2.3 Phát triển phẩm chất: - Thể ý tưởng sáng tạo thiết kế hệ thống chiếu sáng, cảnh báo trộm thơng minh, báo cháy - Có tinh thần trách nhiệm, hịa đồng giúp đỡ nhóm, lớp - Nhận vận dụng kiến thức môn học để giải nhu cầu sống THIẾT BỊ - - Phương tiện dạy học: Bảng, máy tính, máy chiếu - Mơ hình sản phẩm Các dụng cụ thí nghiệm: cảm biến sáng, cảm biến hồng ngoại, cảm biến nhiệt, đèn, còi, máy bơm mạch điện, dây dẫn,… - Video hoạt động sản phẩm NỘI DUNG KIẾN THỨC NỀN Nội dung kiến thức chủ đề liên quan đến nội dung chuyên đề: Mở đầu điện tử học lớp 11 4.1 Chất bán dẫn Khái niệm: Chất bán dẫn chất có độ dẫn điện mức trung gian kim loại điện môi Chất bán dẫn hoạt động chất cách điện nhiệt độ thấp có tính dẫn điện nhiệt độ phịng Gọi bán dẫn chất dẫn điện điều kiện đó, điều kiện khác không dẫn điện Phân loại + Bán dẫn tinh khiết – Hạt tải điện electron lỗ trống với số lượng – Ở nhiệt độ thấp, electron liên kết tương đối yếu với ion => khơng có hạt tải điện – Khi nhiệt độ tăng , electron có động đủ lớn bứt khỏi liên kết tạo thành electron dẫn Chừa lại chỗ trống tương đương với hạt tải điện mang điện tích dương gọi lỗ trống => mật độ hạt tải điện electron lỗ trống bán dẫn tinh khiết + Bán dẫn có tạp chất – Bán dẫn loại n: hạt tải điện (đa số) electron, hạt tải điện không (thiểu số) lỗ trống Bán dẫn loại n tạo thành pha tạp nguyên tố nhóm vào bán dẫn tinh khiết – Bán dẫn loại p: hạt tải điện (đa số) lỗ trống , hạt tải điện không (thiểu số) electron Bán dẫn loại p tạo thành pha tạp nguyên tố hóa trị vào bán dẫn tinh khiết So sánh tính chất điện kim loại bán dẫn Kim loại • Dịng điện kim loại dịng chuyển dời có hướng electron • Điện trở suất kim loại tăng nhiệt độ tăng Giải thích: + Điện trở suất kim loại tăng nhiệt độ tăng do: Khi nhiệt độ tăng, ion kim loại nút mạng tinh thể dao động mạnh Do độ trật tự mạng tinh thể kim loại tăng làm tăng cản trở chuyển động electron tự Vì vậy, nhiệt độ tăng điện trở suất kim loại tăng, điện trở kim loại tăng + Điện trở suất bán dẫn tinh khiết giảm mạnh nhiệt độ tăng do: Ở nhiệt độ thấp, electron liên kết tương đối yếu với ion Khi tăng nhiệt độ, electron có động đủ lớn bứt khỏi liên kết tạo thành electron⇒ dẫn Chừa lại chỗ trống tương đương với hạt tải điện mang điện tích dương gọi ⇒lỗ trống nhiệt độ tăng mật độ hạt tải điện electron lỗ trống bán dẫn tinh khiết tăng điện trở suất giảm Sự hình thành lớp chuyển tiếp p – n + Tại lớp chuyển tiếp p – n , có khuếch tán electron từ bán dẫn loại n sang bán dẫn loại p khuếch tán lỗ trống từ bán dẫn loại p sang bán dẫn loại n Khi electron gặp lỗ trống, chúng liên kết cặp electron lỗ trống biến Ở lớp chuyển tiếp p – n hình thành lớp nghèo (khơng có hạt tải điện) + Ở hai bên lớp nghèo, phía bán dẫn n có ion đono tích điện dương, phía bán dẫn loại p có axepto tích điện âm Điện trở lớp nghèo lớn * Gọi U = Vp – Vn hiệu điện áp vào tiếp xúc p – n + + Khi U > 0: có dịng điện thuận với cường độ lớn chạy qua lớp tiếp xúc từ p sang n Khi U < 0: có dịng điện ngược với cường độ nhỏ chạy qua lớp tiếp xúc từ n sang p Vậy dòng điện chạy qua lớp chuyển tiếp p – n theo chiều từ p sang n => lớp chuyển tiếp p – n có tính chất chỉnh lưu Đường đặc trưng vơn – ampe lớp chuyển tiếp p – n Gọi U = Vp – Vn hiệu điện áp vào tiếp xúc p – n + Khi U > 0: điện trường ngồi có tác dụng tạo dịng hạt tải điện electron từ bên bán dẫn n lỗ trống từ bán dẫn p qua lớp tiếp xúc p – n tiếp xúc p –n, U tăng I tăng + Khi U < 0: điện trường ngồi có tác dụng tạo dịng hạt tải khơng electron từ bên bán dẫn p lỗ trống từ bán dẫn n qua lớp tiếp xúc p- n lớp tiếp xúc p – n với cường độ nhỏ, 4.2 Quang điện trở Khái niệm: Quang điện trở bán dẫn có điện trở thay đổi cường độ sáng chiếu vào thay đổi Nguyên lý hoạt động: Quang điện trở chế tạo dựa tượng quang điện Ban đầu chưa chiếu sáng, mật độ electron tự lỗ trống bán dẫn thấp nên gần không dẫn điện tức điện trở lớn Khi chiếu chùm sáng thích hợp (năng lượng đủ lớn) số electron liên kết bật trở thành electron dẫn đồng thời tạo lỗ trống , tạo thành hạt dẫn điện làm cho khả dẫn điện bán dẫn tăng lên tức điện trở giảm Cường độ chùm sáng chiếu đến lớn, nhiều electron tự lỗ trống tạo thành  điện trở giảm Như quang điện trở có điện trở thay đổi cường độ sáng chiếu vào thay đổi Ứng dụng: Quang điện trở thường mắc mạch khuếch đại thiết bị điều khiển ánh sáng, máy đo cường độ sáng 4.3 Tranzito Khái niệm: Tranzito lưỡng cực linh kiện bán dẫn có hai lớp chuyển tiếp p-n Transistor tạo thành từ mẫu bán dẫn, cách khuếch tán tạp chất, người ta tạo thành ba khu vực bán dẫn, theo thứ tự p-n-p n-p-n Khu vực có chiều dày nhỏ (vài micrimet) có nồng độ hạt mang điện nhỏ Tương ứng với khu vực bán dẫn cực: – Cực Phát ký hiệu chữ E (Emitter) nguồn phát hạt tải điện tranzito – Cực Gốc ký hiệu chữ B (Base) cực điều khiển dịng điện – Cực Góp ký hiệu chữ C (Collector) có nhiệm vụ thu nhận tất hạt dẫn từ phần phát E qua phần gốc B tới Nguyên lý hoạt động: Để tranzito làm việc chế độ khuếch đại: Lớp chuyển tiếp E-B phân cực thuận, dòng IB nhỏ, lớp chuyển tiếp B-C phân cực ngược Khi khóa K mở: đèn khơng sáng lớp chuyển tiếp B-C phân cực ngược khơng cho dịng điện qua Khi khóa K đóng: đèn sáng Khi lớp chuyển tiếp B-E UBE phân cực thuận, điện tử tự dịch chuyển từ cực E sang cực B tái hợp với lỗ trống tạo thành dòng IB Tuy nhiên bán dẫn p cực B mỏng có nồng độ hạt tải thấp nên số điện tử tự từ lớp bán dẫn N (cực E ) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P (cực B) lớn số lượng lỗ trống cực B nhiều nên phần lớn số điện tử bị hút phía cực C tác dụng điện áp U CE => tạo thành dòng IC chạy qua Transistor  đèn sáng Như vậy: dịng IB xuất => có dịng I C chạy qua transistor làm bóng đèn phát sáng, dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB Ứng dụng: Transistor chế độ khuếch đại ứng dụng nhiều đời sống hàng ngày, từ điện thoại, TV sản phẩm sử dụng khuếch đại âm hình ảnh Đây thiết bị thiếu thiết bị điện tử 4.4 Cảm biến Cảm biến thiết bị điện tử thu nhận (cảm nhận) biến đổi đại lượng vật lí hay hóa học mơi trường cần khảo sát biến đổi thành tín hiệu điện (điện áp dịng điện) để thu nhận thơng tin đại lượng Ngun lí chung Cảm biến ánh sáng Cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở có khả thay đổi điện trở theo cường độ ánh sáng chiếu vào Tín hiệu xuất cảm biến digital HIGH (5V) LOW tượng trưng cho trạng thái bật, tắt thiết bị điện tự động mà bạn không cần phải thao tác vào Cấu tạo: gồm quang điện trở biến trở để điều chỉnh độ nhậy cảm biến LDR thiết bị có R LDR thay đổi từ khoảng 100Ω ánh sáng mặt trời, đến 10MΩ bóng tối tuyệt đối LDR thay đổi giá trị điện trở cường độ ánh sáng chiếu vào, điện áp có mặt V OUT xác định công thức chia điện áp thay đổi theo tương ứng với trạng thái high low Khi chiếu sáng điện trở giảm V OUT trạng thái HIGH (5V) Khi bóng tối điện trở lớn VOUT trạng thái LOW Để biến thành công tắc nhạy sáng cần kết hợp cảm biến ánh sáng với relay Cấu tạo relay – Khi “Tin hieu” đưa vào mức LOW Q1 khơng dẫn khơng có dịng I BE >> Relay không làm việc – Khi “Tin hieu” đưa vào mức HIGH (Tức =5V) qua R1 hạn dịng, phân áp qua R3 làm cho Q1 dẫn thông lúc ta có dịng Ice dịng điện chạy qua cuộn dây tạo thành nam châm điện, hút công tắc relay đóng – Diot D1 mạch có tác dụng chống lại dịng điện cảm ứng cuộn sinh làm hỏng tranzitor Mục đích R1 tạo dòng vào cực B trans tới ngưỡng bão hòa để trans hoạt động khóa có điều kiện Dịng vào Tin hiệu nhỏ thẳng Relay nên ta sử dụng tranzito relay  mạch công tắc cảm biến ánh sáng Nối chân cảm biến với chân tín hiệu relay TIẾN TRÌNH DẠY HỌC 5.1 Hoạt động 1: Phát cần thiết thiết bị thông minh (hệ thống chiếu sáng, cảnh báo trộm thông minh, báo cháy) nhà 5.1.1: Mục đích - Học sinh nêu vai trị thiết bị thơng minh nhà từ xác định nhiệm vụ - Học sinh nắm tiến trình thực dự án - Học sinh lập kế hoạch thực dự án nhóm 5.1.2: Nội dung - GV đặt vấn đề làm nảy sinh nhu cầu sử dụng thiết bị gia dụng thơng minh - GV tổ chức tìm hiểu thiết bị gia dụng thông minh - GV giới thiệu dự án chế tạo thiết bị gia dụng thông minh (nhiệm vụ, tiêu chí đánh giá, tiến trình thực hiện) - GV tổ chức cho học sinh làm việc nhóm để phân cơng nhiệm vụ lập kế hoạch thực nhóm 5.1.3: Dự kiến sản phẩm mong đợi - Nhật kí học tập ghi lại nhiệm vụ, kế hoạch triển khai phân công công việc A TỔ CHỨC NHĨM Tên nhóm………………………………………… Danh sách phân cơng vai trò: STT B NHIỆM VỤ VÀ KẾ HOẠCH THỰC HIỆN Vấn đề/ Nhiệm vụ/ Dự án cần thực ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………… Kế hoạch triển khai Sản phẩm dự kiến TT C CÁC TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ Phiếu đánh giá số Bảng tiêu chí đánh giá thiết kế 21 Thời gian STT Tiêu chí đánh giá Bản vẽ thể rõ cách lắp mạch, thông số kĩ thuật, nguyên liệu Bản thiết kế vẽ rõ rang, đẹp, khả thi Giải thích rõ nguyên tắc hoạt động thiết bị Trình bày rõ ràng, logic, sinh động Tiêu chí đánh giá Chức sản phẩm Tính kinh tế Tính bền vững Tính thẩm mĩ Tính sáng tạo 22 D VẤN ĐỀ CẦN TÌM HIỂU TT Chủ đề Nội dung  Vấn đề cần tìm hiểu nhóm là: ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………… 23 E HƯỚNG DẪN TÌM HIỂU KIẾN THỨC NỀN (thực nhà) * Hướng dẫn thực - Phân chia thành viên nhóm tìm hiểu nội dung nhiệm vụ: Chia sẻ với thành viên nhóm kiến thức tìm hiểu * Nội dung cần tìm hiểu: Chủ đề 1: Mạch điện có bóng đèn đơn giản Câu hỏi học: Một mạch điện có bóng đèn đơn giản có thiết kế ? Câu hỏi nội dung: - Mạch điện có bóng đèn có dụng cụ, thiết bị nào? - Các thiết bị bố trí ? Chủ đề 2: Các loại cảm biến Câu hỏi học: Cảm biến có nguyên tắc hoạt động ? Câu hỏi nội dung: - Có loại cảm biến nào? - Làm để lắp cảm biến vào mạch điện * Kết tìm hiểu : ………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………… 24 F.THIẾT KẾ SẢN PHẨM Hướng dẫn thực hiện: Trao đổi rõ ràng để hiểu rõ kiến thức Thảo luận đề xuất giải pháp thiết kế thiết bị thông minh Vẽ thiết kế sản phẩm, giải thích nguyên lý hoạt động thiết bị thông minh Poster thiết kế sản phẩm bao gồm nội dung sau:  Nguyên liệu dự kiến  Cấu trúc mạch điện thiết bị  Cấu trúc thiết bị thông minh  Cách sử dụng thiết bị thông minh Bảng nguyên vật liệu dự kiến Ngun vật liệu Tính chất Vai trị thiết bị thông minh 25  Bảng vẽ phác thảo thiết bị thông minh mạch điện  Chức thiết bị thông minh ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………  Nguyên tắc hoạt động mạch điện ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………  Cách sử dụng thiết bị thông minh ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………  Những khó khăn ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………… 26 GÓP Ý VÀ CHỈNH SỬA BẢN THIẾT KẾ ( Thực buổi trình bày thiết kế sản phẩm)  Ghi lại góp ý nhận xét nhóm GV nhóm báo cáo  Đưa điều chỉnh cần thiết để hoàn thiện sản phẩm ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… G.SẢN PHẨM VÀ HÌNH ẢNH MINH HỌA HOẠT ĐỘNG CỦA NHĨM Dán hình ảnh sản phẩm thiết bị thơng minh nhóm, hình ảnh minh họa hoạt động nhóm, bao gồm đường link youtobe mơ tả trình làm 27 28 ... thiết bị  Cấu trúc thiết bị thông minh  Cách sử dụng thiết bị thông minh Bảng nguyên vật liệu dự kiến Ngun vật liệu Tính chất Vai trị thiết bị thông minh 25  Bảng vẽ phác thảo thiết bị thông minh. .. phẩm Kết lần thử nghiệm Phương án thiết kế cuối 17 Cách sử dụng thiết bị thông minh Thử nghiệm sản phẩm Tổng kết, đánh giá dự án lớp HS GV nhận xét sản phẩm thiết bị thông minh nhà GV tổng kết... thiết kế thiết bị thông minh Vẽ thiết kế sản phẩm, giải thích nguyên lý hoạt động thiết bị thông minh Poster thiết kế sản phẩm bao gồm nội dung sau:  Nguyên liệu dự kiến  Cấu trúc mạch điện thiết