modul cảm biến PIR
Niên Luận 1: Khảo sát ứng dụng module cảm biến PIR SV: ĐẶNG VŨ MINH DŨNG MSSV:1090915 GVHD: DƯƠNG THÁI BÌNH Trang 1 LỜI CAM ĐOAN Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật đã giúp con người chúng ta rất nhiều. Với việc thiết kế các hệ thống tự động sẽ giúp ít con người nhiều hơn trong công việc hằng ngày. Vì vậy em chọn đề tài này để làm niên luận cho mình. Trong quá trình thực hiện đề tài, có thể còn nhiều thiếu sót do kiến thức hạn chế nhưng những nội dung trình bày trong quyển báo cáo này là những hiểu biết và thành quả của em đạt được dưới sự giúp đỡ của giảng viên hướng dẫn là thầy Dương Thái Bình. Em xin cam đoan rằng: những nội dung trình bày trong quyển báo cáo niên luận này không phải là bản sao chép từ bất kỳ công trình đã có trước nào. Nếu không đúng sự thật, em xin chịu mọi trách nhiệm trước nhà trường. Cần Thơ, ngày 11 tháng 11 năm 2011 Sinh viên thực hiện Đặng Vũ Minh Dũng Niên Luận 1: Khảo sát ứng dụng module cảm biến PIR SV: ĐẶNG VŨ MINH DŨNG MSSV:1090915 GVHD: DƯƠNG THÁI BÌNH Trang 2 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: 3 TỔNG QUAN 3 1. ĐẶT VẤN ĐỀ TÀI 3 2. MỤC ĐÍCH VÀ HƯỚNG GIẢI QUYẾT 3 2.1 Mục đích 3 2.2 Hướng giải quyết 3 CHƯƠNG 2: 4 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4 1. TÌM HIỂU CẤU TẠO CỦA MODULE CẢM BIẾN PIR 4 1.1. Tìm hiểu về cảm biến PIR 4 1.2. Cấu tạo của cảm biến PIR 4 1.3. Tìm hiểu module cảm biến PIR 7 1.4. Cấu tạo chung và mạch nguyên lý của module cảm biến PIR 8 1.5. Thiết bị hội tụ tia nhiệt cho module cảm biến PIR 10 2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MODULE CẢM BIẾN PIR 11 2.1. Môi trường hoạt động của cảm biến PIR 11 2.2. Nguyên tắc hoạt động của module cảm biến PIR 11 2.3. Các thông số cơ bản của module cảm biến PIR 14 3. MẠCH ĐIỆN ỨNG DỤNG VỚI CẢM BIẾN PIR 15 3.1. Ghép nối module cảm biến PIR với relay 15 3.2. Ghép nối module cảm biến PIR với transistor 16 3.3. Ghép nối với các họ vi điều khiển 17 4. MỘT SỐ YÊU CẦU KHI SỬ DỤNG 18 CHƯƠNG 3: 18 NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 18 1. CÁC ỨNG DỤNG TRONG CUỘC SỐNG HẰNG NGÀY CỦA MODULE CẢM BIẾN PIR 18 2. PHÂN TÍCH CÁC HỆ THỐNG ỨNG DỤNG 18 2.1 Hệ thống chiếu sáng tự động 18 2.2 Hệ thống điều khiển quạt tự động 19 2.3 Hệ thống camera quan sát tự động 19 2.4 Hệ thống chống trộm đơn giản 19 2.5 Các hệ thống kết hợp ứng dụng khác 20 3. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 20 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 21 1. KẾT LUẬN 21 2. ĐỀ NGHỊ 21 PHỤ LỤC A: RELAY 22 TÀI LIỆU THAM KHẢO 23 Niên Luận 1: Khảo sát ứng dụng module cảm biến PIR SV: ĐẶNG VŨ MINH DŨNG MSSV:1090915 GVHD: DƯƠNG THÁI BÌNH Trang 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. ĐẶT VẤN ĐỀ TÀI Cuộc sống của chúng ta tồn tại cùng lúc với nhiều thực thể vật lý, những thứ chúng ta nhận biết được như là các vận động cơ học, tác dụng của nhiệt, của ánh sáng, của âm thanh, mùi vị, Nhằm mục đích giúp con người nhận biết rõ hơn các vận động trên cũng như nghiên cứu ra các thiết bị giúp ích cho con người trong cuộc sống, người ta đã nghiên cứu ra các loại cảm biến (Sensor). Cảm biến (Sensor) là thiết bị điện tử cảm nhận những thay đổi từ môi trường bên ngoài và biến đổi thành các tín hiệu điện để điều khiển các thiết bị khác. Ngày nay có rất nhiều loại cảm biến (Sensor) đã được tạo ra, như cảm biến ánh sáng, cảm biến nhiệt độ, cảm biến siêu âm, cảm biến hồng ngoại, Trong niên luận này sẽ khảo sát và tìm hiểu loại sensor dùng phát hiện các vật thể nóng có chuyển động ngang, quen gọi là PIR motion detector. Yêu cầu đặt ra: nghiên cứu khảo sát và tìm hiểu các ứng dụng của module cảm biến PIR. 2. MỤC ĐÍCH VÀ HƯỚNG GIẢI QUYẾT 2.1 Mục đích Việc nghiên cứu và khảo sát ứng dụng của Module PIR sẽ giúp chúng ta tạo ra các ứng dụng của nó vào cuộc sống hằng ngày, nhằm giúp ích cho con người! Với module cảm biến PIR chúng ta sẽ tạo thành các công tắc tự động thông minh, giúp tự động hóa các thiết bị gia đình và có thể xây dựng các hệ thống thông minh hữu ích. 2.2 Hướng giải quyết Tìm hiểu về cấu tạo và công dụng của module cảm biến PIR, xây dựng các mạch điện ứng dụng sử dụng cùng với module cảm biến PIR. Niên Luận 1: Khảo sát ứng dụng module cảm biến PIR SV: ĐẶNG VŨ MINH DŨNG MSSV:1090915 GVHD: DƯƠNG THÁI BÌNH Trang 4 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. TÌM HIỂU CẤU TẠO CỦA MODULE CẢM BIẾN PIR 1.1. Tìm hiểu về cảm biến PIR PIR là viết tắt của chữ Passive InfraRed sensor (PIR sensor), tức là bộ cảm biến thụ động dùng nguồn kích thích là tia hồng ngoại . Tia hồng ngoại (IR) chính là các tia nhiệt phát ra từ các vật thể có nhiệt độ. Trong các cơ thể sống như con người chúng ta luôn có thân nhiệt (thông thường là ở 37 độ C), và từ cơ thể chúng ta sẽ luôn phát ra các tia nhiệt, hay còn gọi là các tia hồng ngoại, người ta sẽ dùng một tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt ra dạng tín hiệu điện và nhờ đó mà có thể làm ra cảm biến phát hiện các vật thể nóng đang chuyển động. Cảm biến này gọi là thụ động vì nó không dùng nguồn nhiệt tự phát (làm nguồn tích cực, hay chủ động) mà chỉ phụ thuộc vào các nguồn nhiệt phát ra từ bên ngoài, đó là thân nhiệt của các thực thể khác, như con người, con vật Hình 1 1.2. Cấu tạo của cảm biến PIR Niên Luận 1: Khảo sát ứng dụng module cảm biến PIR SV: ĐẶNG VŨ MINH DŨNG MSSV:1090915 GVHD: DƯƠNG THÁI BÌNH Trang 5 Hình 2 Mọi vật thể đều được cấu tạo từ các phân tử nhỏ li ti, nhiệt là một dạng năng lượng tạo ra từ các xao động của các phân tử, đó là các chuyển động hỗn loạn, không trật tự. Từ các xao động này, nó phát ra các tia nhiệt, bằng cảm giác thông thường của giác quan, con người chúng ta nói đó là sức nóng. Ở mỗi người nguồn thân nhiệt thường ổn định ở mức 37 độ C, đó là nguồn nhiệt mà ai cũng có và nếu dùng linh kiện cảm ứng thân nhiệt, chúng ta sẽ có thiết bị phát hiện ra các vật thể phát ra tia nhiệt, đó chính là ý tưởng mà người ta chế ra thiết bị motion detector, điều khiển theo nguồn thân nhiệt chuyển động. Dựa vào ý tưởng trên người ta dùng vật liệu pyroelectric để làm cảm biến dò tia nhiệt, người ta kẹp vật liệu pyroelectric giữa 2 bản cực, khi có tác kích của các tia nhiệt, trên hai 2 bản cực sẽ xuất hiệu tín hiệu điện và dùng tín hiệu điện này để tạo ra các ứng dụng, do tín hiệu yếu nên cần mạch khuếch đại tín hiệu. (Hình 3) Hình 3 Niên Luận 1: Khảo sát ứng dụng module cảm biến PIR SV: ĐẶNG VŨ MINH DŨNG MSSV:1090915 GVHD: DƯƠNG THÁI BÌNH Trang 6 Từ nguyên tắc trên người ta tạo ra cảm biến PIR bằng cách gắn 2 cảm ứng pyroelectric tia nhiệt nằm ngang và được nối vào cực Gate của một transistor FET để khuếch đại tín hiệu điện, có 3 ngõ ra, chân 1 (Drain) nối nguồn Vcc, chân 2 (Source) tín hiệu output ngõ ra của cảm biến, chân 3 (Ground) nối mass. Ngoài ra phía trên 2 cảm ứng pyroelectric tia nhiệt người ta gắn thêm một tấm kính để lọc lấy tia nhiệt (tia hồng ngoại). Và có dạng như (Hình 4). Hình 4 Niên Luận 1: Khảo sát ứng dụng module cảm biến PIR SV: ĐẶNG VŨ MINH DŨNG MSSV:1090915 GVHD: DƯƠNG THÁI BÌNH Trang 7 1.3. Tìm hiểu module cảm biến PIR Hình 5 Hình 6 Phía trên (Hình 5 và Hình 6) là hình ảnh của 1 module cảm biến PIR. Module cảm biến PIR này là một mạch điện được tích hợp bao gồm cảm biến PIR các mạch chức năng như mạch khuếch đại, mạch so sánh và mạch đình thời tất cả các khối được thiết kế thành một mạch hoàn chỉnh. Mạch có 3 chân để kết nối gồm một chân nối nguồn, một chân nối mass và một chân output tín hiệu ngõ ra. Niên Luận 1: Khảo sát ứng dụng module cảm biến PIR SV: ĐẶNG VŨ MINH DŨNG MSSV:1090915 GVHD: DƯƠNG THÁI BÌNH Trang 8 1.4. Cấu tạo chung và mạch nguyên lý của module cảm biến PIR Hình 7 Cấu tạo của module cảm biến PIR gồm các khối: cảm biến PIR, khối khuếch đại tín hiệu, khối so sánh, khối định thời delay và tín hiệu được đưa ra công tắt tự động để điều khiển các thiết bị khác. Được mô tả hình dưới đây: Hình 8 Hình 8 Người ta đã thiết kế ra một loại IC được tích hợp tất cả các khối trên vào đó, IC có tên là BISS0001. IC BISS0001 có 16 chân và có hình dạng như (Hình 9) Niên Luận 1: Khảo sát ứng dụng module cảm biến PIR SV: ĐẶNG VŨ MINH DŨNG MSSV:1090915 GVHD: DƯƠNG THÁI BÌNH Trang 9 Hình 9 Đây là bảng chức năng của từng chân IC BISS0001 (Hình 10) Hình 10 Cấu tạo bên trong IC BISS0001 (Hình 11) Hình 11 Niên Luận 1: Khảo sát ứng dụng module cảm biến PIR SV: ĐẶNG VŨ MINH DŨNG MSSV:1090915 GVHD: DƯƠNG THÁI BÌNH Trang 10 Sơ đồ tương đương của module cảm biến PIR (Hình 12) Hình 12 Đây là mạch điện của module cảm biến PIR (Hình 12) bao gồm có ngõ vào là cảm biến PIR, qua khối xử lí BISS0001 và được tín hiệu ngõ ra Output, tín hiệu ngõ ra này được biến thành tín hiệu số có thể giao tiếp với các thiết bị số khác. Mạch trên ngõ ra được mắc thêm cảm khối công tắc transistor và relay 12Volt. 1.5. Thiết bị hội tụ tia nhiệt cho module cảm biến PIR Các tia nhiệt phát ra từ các vật thể sống rất yếu và rất phân tán, để tăng độ rộng cho đầu dò cũng như hội tụ các tia nhiệt lại đúng vào vị trí của cảm biến PIR, người ta dùng kính Fresnel (Hình 13 ) để chụp lên đầu cảm biến PIR. Đồng thời cũng giúp cho cảm biến tránh được các tia tử ngoài từ môi trường bên ngoài chiểu vào đầu cảm biến. Hinh 13 [...]... Niên Luận 1: Khảo sát ứng dụng module cảm biến PIR SV: ĐẶNG VŨ MINH DŨNG MSSV:1090915 Hình 16 Hình 17 Hình 18 GVHD: DƯƠNG THÁI BÌNH Trang 13 Niên Luận 1: Khảo sát ứng dụng module cảm biến PIR SV: ĐẶNG VŨ MINH DŨNG MSSV:1090915 Hình 19 2.3 Các thông số cơ bản của module cảm biến PIR Dưới đậy là thông số kỹ thuật của nhà sản xuất cung cấp cho module cảm biến PIR Độ rộng vùng quét của cảm biến PIR (Hình... Luận 1: Khảo sát ứng dụng module cảm biến PIR SV: ĐẶNG VŨ MINH DŨNG MSSV:1090915 Hình 20 3 MẠCH ĐIỆN ỨNG DỤNG VỚI CẢM BIẾN PIR Module cảm biến PIR nó hoạt động giống như một cảm biến PIR và chỉ có 1 ngõ ra output thôi vì thế chúng ta cần ghép nối với các thiết bị khác mới có thể điều khiển các thiết bị hoạt động Dưới đây sẽ giới thiệu một số linh kiện và cách ghép nối 3.1 Ghép nối module cảm biến PIR với... đơn giản - Các hệ thống kết hợp ứng dụng khác 2 CÁC HỆ THỐNG ỨNG DỤNG CỦA MODULE CẢM BIẾN PIR 2.1 Hệ thống chiếu sáng tự động Module cảm biến PIR Mạch Relay Thiết bị đèn chiếu sáng Hình 28 Hệ thống chiếu sáng tự động GVHD: DƯƠNG THÁI BÌNH Trang 18 Niên Luận 1: Khảo sát ứng dụng module cảm biến PIR SV: ĐẶNG VŨ MINH DŨNG MSSV:1090915 Hệ thống bao gồm 3 phần: module cảm biến PIR, mạch relay, và đèn chiếu...Niên Luận 1: Khảo sát ứng dụng module cảm biến PIR SV: ĐẶNG VŨ MINH DŨNG MSSV:1090915 Hình ảnh kính Fresnel hội tụ các tia nhiệt vào vị trí của cảm biến PIR (Hình 14) Hình 14 2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MODULE CẢM BIẾN PIR 2.1 Môi trường hoạt động của cảm biến PIR Cảm biến PIR chỉ hoạt động trong khoảng nhiệt độ từ -30 độ C đến 70 độ C Có nghĩa là cảm biến chỉ làm việc được trong khoảng... lí để kết nối điều khiển module cảm biến để tạo ra các ứng dụng hiệu quả, ổn định, chính xác hơn Nên xậy dựng các hệ thống ứng dụng của module cảm biến để áp dụng vào thực tế, nên kết hợp với nhiều loại cảm biến khác để tạo thành các hệ thống tự động thông minh trong các ngôi nhà thời hiện đại này GVHD: DƯƠNG THÁI BÌNH Trang 21 Niên Luận 1: Khảo sát ứng dụng module cảm biến PIR SV: ĐẶNG VŨ MINH DŨNG... kết hợp ứng dụng khác Ngoài các hệ thống ở trên module cảm biến PIR còn nhiều ứng dụng khác rất hữu ích như: - Hệ thống đóng mở vòi nước tự động dùng module cảm biến PIR để phát hiện người, hệ thống này giúp ích trong việc tiết kiệm nước, tránh lãng phí khi sử dụng - Hệ thống đóng mở của tự động trong các tòa nhà, siêu thị, Hệ thống hoạt động dựa trên cảm biến tia nhiệt của module cảm biến PIR, khi... người sử dụng Hình 26, Hình 27 Hình 26 Hình 27 GVHD: DƯƠNG THÁI BÌNH Trang 17 Niên Luận 1: Khảo sát ứng dụng module cảm biến PIR SV: ĐẶNG VŨ MINH DŨNG MSSV:1090915 4 MỘT SỐ YÊU CẦU KHI SỬ DỤNG Khi sử dụng module cảm biến PIR, cần lưu ý một số đặc điểm sau: - Phải xem môi trường hoạt động của cảm biến có nằm trong giới hạn nhiệt độ cho phép không Vì ngoài khoảng giới hạn đó có thể làm hư cảm biến - Phải... phần: Module cảm biến PIR, Hệ thống điều khiển là các vi xử lí, Camera kỹ thuật số sẽ ghi lại các hình ảnh dùng cho các hệ thống quan sát an ninh 2.4 Hệ thống chống trộm đơn giản GVHD: DƯƠNG THÁI BÌNH Trang 19 Niên Luận 1: Khảo sát ứng dụng module cảm biến PIR SV: ĐẶNG VŨ MINH DŨNG MSSV:1090915 Module cảm biến PIR Mạch Relay Chuông báo động Hình 31 Hệ thống chống trộm đơn giản Hệ thống gồm có 3 phần: module... cửa sẽ tự động đóng lại - Ngoài ra khi kết hợp module cảm biến PIR với các cảm biến khác chúng ta có thể thiết kế các hệ thống ứng dụng thông minh với rất nhiều tính năng hữu ích, nó sẽ giúp ích rất nhiều cho con người trong hoạt động hằng ngày 3 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Qua khảo sát và nghiện cứu về module cảm biến PIR Nhận thấy răng module này có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống, giúp chúng ta tự động hóa... Phải xem nguồn sử dụng có đúng như giới hạn của nhà sản xuất không, nếu vượt quá cũng có thể làm hỏng cảm biến - Ngoài ra xem các thiết bị ghép nối chung với module cảm biến PIR có thể đáp ứng kịp không Tóm lại khi dùng module PIR thì nên xem các thông số kỹ thuật của nhà sản suất CHƯƠNG 3: NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1 CÁC ỨNG DỤNG TRONG CUỘC SỐNG HẰNG NGÀY CỦA MODULE CẢM BIẾN PIR Trong cuộc sống . TẠO CỦA MODULE CẢM BIẾN PIR 4 1.1. Tìm hiểu về cảm biến PIR 4 1.2. Cấu tạo của cảm biến PIR 4 1.3. Tìm hiểu module cảm biến PIR 7 1.4. Cấu tạo chung và mạch nguyên lý của module. tắc hoạt động của module cảm biến PIR 11 2.3. Các thông số cơ bản của module cảm biến PIR 14 3. MẠCH ĐIỆN ỨNG DỤNG VỚI CẢM BIẾN PIR 15 3.1. Ghép nối module cảm biến PIR với relay 15 . giản Module cảm biến PIR Mạch BJT Hệ thống quạt dân dụng Module cảm biến PIR Hệ thống điều khiển Camera kỹ thuật số Niên Luận 1: Khảo sát ứng dụng module cảm biến PIR SV: ĐẶNG VŨ