Đồ án môn học kỹ thuật điện tử thiết kế và thi công mạch báo trộm bằng hồng ngoại 555

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN MƠN HỌC: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH BÁO TRỘM BẰNG HỒNG NGOẠI 555 Ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Lớp: 20DCKA1 Giảng viên hướng dẫn: Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên thực hiện: Lê Trung Hậu MSSV: 2011040065 Tp.HCM, ngày … tháng … năm … BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN MÔN HỌC: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH BÁO TRỘM BẰNG HỒNG NGOẠI 555 Ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Lớp: 20DCKA1 Giảng viên hướng dẫn: Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên thực hiện: Lê Trung Hậu MSSV: 2011040065 Tp.HCM, ngày … tháng … năm … VIỆN KỸ THUẬT HUTECH PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI TÊN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên giao đề tài (sĩ số nhóm……): 01 (1) Lê Trung Hậu MSSV: 2011040065 Lớp: 20DCKA1 Tên đề tài: Thiết kế thi công mạch báo trộm hồng ngoại Các liệu ban đầu: - Tìm hiểu tổng quan đề tài đồ án, mục tiêu thiết kế - Thiết kế sơ đồ khối cho mơ hình “Mạch báo trộm hồng ngoại” - Tìm hiểu datasheet linh kiện dùng để thiết kế mạch nguyên lý chi tiết gồm: Điện trở, Tụ điện, IC NE555, TSOP 1738, IC UM66, Led hồng ngoại, Transistor BC548,… - Nội dung nhiệm vụ: Thiết kế, tính tốn giá trị, lựa chọn linh kiện để thi cơng mơ hình thực tế - Mơ ngun lý hoạt động mạch phần mềm mô - Thi cơng mơ hình phần cứng - Viết báo cáo đồ án Kết tối thiểu phải có: 1) Báo cáo đồ án 2) Mơ hình mạch thi công (Sơ đồ nguyên lý chi tiết; Mạch PCB) Ngày giao đề tài: 15/ 03/ 2022 Ngày nộp báo cáo: 6/6/2022 Sinh viên thực (Ký ghi rõ họ tên thành viên) TP HCM, ngày 15 tháng 03 năm 2022 Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Lê Trung Hậu Võ Thị Bích Ngọc VIỆN KỸ THUẬT HUTECH PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC & ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN TÊN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ (Do giảng viên hướng dẫn ghi giao lại cho sinh viên đóng vào báo cáo) Tên đề tài: Thiết kế thi công mạch báo trộm hồng ngoại Giảng viên hướng dẫn: Võ Thị Bích Ngọc Sinh viên/ nhóm sinh viên thực đề tài (sĩ số nhóm……): 01 (1) Lê Trung Hậu MSSV: 2011040065 Lớp: 20DCKA1 Tuần Ngày Từ:14/03/2022 Đến:20/03/2022 Từ:21/03/2022 Đến:27/03/2022 Từ:28/03/2022 Đến:03/04/2022 Từ:04/04/2022 Đến:10/04/2022 Nội dung thực - GV gợi ý hướng nghiên cứu, giúp sinh viên định hướng chọn đề tài - GV hướng dẫn quy trình thực thực đồ án, cách trình bày báo cáo đồ án - Xác nhận đăng ký thức đề tài thực - Viết chương tổng quan - Thiết kế sơ đồ khối cho mạch - Viết chương kiến thức hỗ trợ - Đọc tài liệu - Tìm hiểu cách tính tốn thiết kế - Thực mơ ngun lý hoạt động mạch phần mềm - Viết báo cáo - Tính tốn thiết kế mạch ngun lý - Vẽ mạch nguyên lý - Thực mô nguyên lý hoạt động mạch phần mềm - Viết báo cáo Kết thực sinh viên (Giảng viên hướng dẫn ghi) Tuần Ngày Từ:11/04/2022 Đến:17/04/2022 Kết thực sinh viên (Giảng viên hướng dẫn ghi) Nội dung thực - Mô nguyên lý hoạt động mạch phần mềm Proteus Tạm nghỉ để thi học kỳ Từ:18/04/2022 Đến:24/04/2022 Tạm nghỉ để thi học kỳ Từ:25/04/2022 Đến:01/05/2022 Từ:02/05/2022 Đến:08/05/2022 Từ:09/05/2022 Đến:15/05/2022 - Vẽ mạch in PCB - Tiến hành thi công làm mạch - Kiểm tra hoạt động mạch 10 Từ:16/05/2022 Đến:22/05/2022 11 Từ:23/05/2022 - Kiểm tra hoạt động mạch Đến:29/05/2022 12 Từ:30/05/2022 Đến:05/06/2022 Hoàn thành báo cáo kết luận Cách tính điểm: Điểm trình = 0.5 x Tổng điểm tiêu chí đánh giá + 0.5 x điểm báo cáo ĐAMH Lưu ý: Tổng điểm tiêu chí đánh giá q trình thực đồ án; Điểm báo cáo bảo vệ đồ án môn học; Điểm trình (Ghi theo thang điểm 10) Họ tên sinh viên Mã số SV Tiêu chí đánh giá q trình thực đồ án Tính chủ Đáp ứng động, tích mục tiêu cực, sáng đề tạo (tối đa (tối đa điểm) điểm) Lê Trung Hậu Tổng điểm tiêu chí đánh giá trình thực đồ án (tổng cột điểm 1+2) 50% Điểm báo cáo bảo vệ đồ án môn học (50%) Điểm q trình = 0.5*tổng điểm tiêu chí + 0.5*điểm báo cáo 2011040065 Ghi chú: Điểm số có sai sót, GV gạch bỏ ghi lại điểm kế bên ký nháy vào phần điểm chỉnh sửa Sinh viên thực (Ký ghi rõ họ tên thành viên) TP HCM, ngày tháng 06 năm 2022 Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Lê Trung Hậu Võ Thị Bích Ngọc LỜI CẢM ƠN Lời đầu tin em xin chân thành cảm ơn tất quý Thầy/Cô trường Đại học Cơng Nghệ TP Hồ Chí Minh, q Thầy/Cô 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 mơn học Xin cảm ơn tất bạn, anh/chị tận tình giúp đỡ quan tâm tới tác giả suốt q trình thực thành đồ án mơn học Vì lần đầu làm đồ án, kiến thức chun mơn 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 Tác giả xin chân thành cảm ơn! Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020 Sinh viên thực Mục lục CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài .3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Điện trở 2.2 Tụ điện 2.3 IC NE555 .8 2.4 TSOP 1738 11 2.5 IC UM66 15 2.6 Led hồng ngoại 16 2.7 Transistor BC548 .18 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 20 3.1 Sơ đồ khối chức khối 20 3.1.1 Sơ đồ khối 20 3.1.2 Chức khối 20 3.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MẠCH 22 3.2.1 Khối phát tín hiệu hồng ngoại 22 3.2.2 Khối thu tín hiệu hồng ngoại phát tín hiệu báo động 23 3.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH .23 3.3.1 Mạch phát: 23 3.3.2 Mạch thu 24 3.4 SƠ ĐỒ MẠCH THI CÔNG .25 3.4.1 Mạch phát: 25 3.4.2 Mạch thu 27 Chương 4: Kết luận định hướng phát triển 30 4.1 Kết luận: 30 4.2 Định hướng phát triển: 30 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN 1.1 Lý chọn đề tài Ngày nay, người với ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến giới, ngày thay đổi, văn minh đại Sự phát triển kỹ thuật điện tử tạo hàng loạt thiết bị với đặc điểm bật xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là yếu tố cần thiết góp phần cho hoạt động người đạt hiệu ngày cao Điện tử trở thành ngành khoa học đa nhiệm vụ Điện tử đáp ứng địi hỏi khơng ngừng ngành, lĩnh vực khác nhu cầu thiết yếu người sống hàng ngày Một ứng dụng quan trọng ngành công nghệ điện tử kỹ thuật điều khiển từ xa hồng ngoại Sử dụng hồng ngoại ứng dụng nhiều công nghiệp lĩnh vực khác sống với thiết bị điều khiển từ xa tinh vi đạt suất, kinh tế thật cao 1.2 Mục tiêu đề tài Điện tử ứng dụng rộng rãi phổ biến lĩnh vực nên với sinh viên học ngành kỹ thuật yêu cầu cần phải trang bị kiến thức điện, điện tử để phân tích, thiết kế, thi cơng, lắp đặt vận hành, bảo trì, bảo dưỡng thiết bị điện tử, dây chuyền sản xuất công nghiệp Nhằm mục đích áp dụng kiến thức học lý thuyết mơn kỹ thuật điện tử vào thiết kế ứng dụng thực tế nên em định chọn thực đề tài: “MẠCH BÁO TRỘM BẰNG HỒNG NGOẠI” - Đèn LED hồng ngoại khác tạo ánh sáng hồng ngoại bước sóng khác nhau, giống đèn LED khác tạo ánh sáng có màu sắc khác Hình 2.11: Ngun lý hoạt động led hồng ngoại 2.7 Transistor BC548 Transistor BC548 transistor nghịch NPN, có cấu tạo gồm lớp bán dẫn ghép với thành mối nối P-N, thuộc loại transistor nghịch NPN Transistor BC548 sản xuất theo chuẩn TO92 Hình 2.12: Sơ đồ chân Transistor BC548 18 Transistor BC548 transistor nghịch có hệ số khuếch đại khoảng 110 đến 800 Transistor BC548 hoạt động với điện áp VCBO tối đa 30V, dòng điện giới hạn 100mA Transistor BC548 transistor có cơng suất 500mW, có dải nhiệt độ hoạt động rộng từ -55oC đến 125oC, nhiên BC548 hoạt động tốt khoảng 25oC Transistor BC548 có đặc tính dịng DC ổn định, hệ số khuếch đại tuyến tính, transistor thông dụng, đươc sử dụng nhiều mạch điện tử Hình 2.13: Transistor BC548 19 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 3.1 Sơ đồ khối chức khối 3.1.1 Sơ đồ khối Mạch phát (khối phát): Khối nguồn Dao động bất ổn tạo tần số 38 KHz Led phát hồng ngoại Mạch thu (khối thu): Khối nguồn Thiết bị thu (TSOP1738) Dao động đơn ổn IC tạo nhạc (IC UM66) Tải (Loa) 3.1.2 Chức khối Mạch phát (khối phát): - Khối nguồn: Chức cung cấp nguồn cho hệ thống mạch hoạt động Nếu ta cung cấp không đủ nguồn điện áp với linh kiện mạch khơng hoạt động bị hư hỏng 20 - Khối dao động bất ổn tạo tần số 38 KHz: Đây dạng khơng có trạng thái ổn định (tự dao động, tự kích) Chu kỳ lặp lại biên độ xung tạo xác định thông số mạch nguồn điện cung cấp Đây xung dạng vuông tạo tần số 38KHz Ngõ dao động tự kích luân phiên thay đổi theo hai giá trị mức cao mức thấp - Khối Led phát hồng ngoại: Khi có nguồn điện cung cấp vào led phát hồng ngoại khoảng thời gian Khi nguồn điện bị khơng có tín hiệu led khơng phát hồng ngoại Do bên thu khơng nhận tín hiệu xem mạch khơng hoạt động Mạch thu (khối thu): - Khối nguồn: Chức cung cấp nguồn cho hệ thống mạch hoạt động Nếu ta cung cấp không đủ nguồn điện áp với linh kiện mạch khơng hoạt động bị hư hỏng - Thiết bị thu (TSOP 1738): Tia hồng ngoại phát từ khối thiết bị phát tiếp nhận bới thiết bị thu (TSOP 1738) với tần số 38KHz mạch hoạt động - Khối dao động đơn ổn: tạo xung với chu kỳ xung ảnh hưởng tới thành phần điện trở tụ điện mạch Trong dao động có trạng thái ngõ ổn định trạng thái khác bất ổn Thời gian dao động nàm trạng thái không ổn định dài hay ngắn tham số mạch định Ngõ dao động đơn ổn có trạng thái ổn định (hoặc mức cao mức thấp) Xung kích từ bên ngồi xung gai nhọn, âm dương, chu kỳ biên độ mạch định 21 - IC tạo nhạc (IC UM66): Khuếch đại âm tạo nhạc cho mạch - Tải (Loa): Phát âm khoảng thời gian bị tín hiệu từ led hồng ngoại phát qua thiết bị thu (TSOP 1738) 3.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MẠCH 3.2.1 Khối phát tín hiệu hồng ngoại Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý mạch phát 22 3.2.2 Khối thu tín hiệu hồng ngoại phát tín hiệu báo động Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý mạch thu 3.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH 3.3.1 Mạch phát: Tín hiệu ngõ IC 555 phát hồng ngoại dạng xung vng có tần số 38KHz truyền đến led phát sóng hồng ngoại có tần số tương tự Tín hiệu chân số Mạch có độ phát xa khoảng 6m Tm = 0,693.(R1 + R ).C3 Ts = 0,693.R C3 T = Tm + Ts 23 f= 𝑇 Trong đó: Tm thời gian nạp Ts thời gian xả T chu kỳ dao động tổng thời gian nạp xả f tần số dao động mạch Ta có: - Tm = 0,693.(1k+18,5k).0,001 = 13,5135 - Ts = 0,693.18,5k.0,001 = 12,8205 Chu kỳ dao động mạch - T = Tm + Ts = 13,5135 + 12,8205 = 26,334.10−6 Tần số dao động mạch - 1 𝑇 23,334.10−6 f= = = 0,0379.106 (Hz) = 37,9 (KHz) ~ ̃ 38 (KHz)  Đạt yêu cầu mạch phát 3.3.2 Mạch thu - TSOP 1738 IC thu nhận hồng ngoại, sử dụng rộng rãi phổ biên thị trường, có nhiệm vụ thu tia hồng ngoại khuyếch đại tín hiệu nhận từ phát hồng ngoại Khi có tín hiệu hồng ngoại, đầu OUT dạng xung có tần số cao khoảng 38KHz, xung đưa vào chân số IC 555 để khuyếch đại so sánh IC nhận điện áp chuẩn Vcc Khi so sánh tín hiệu SET điều khiển Flip_Flop làm cho chân số xuất xung vuông - Xung vuông làm cho Q1 dẫn trạng thái bão hịa, tín hiệu mức cao lại chuyển đến cực B Q1 24 - Khi tín hiệu hồng ngoại, cung cấp nguồn cho thiết bị báo động - Khối báo động sử dụng loại mạch khuyếch đại thông thường sử dụng IC tạo nhạc UM66, khối đèn mô bóng Led 3.4 SƠ ĐỒ MẠCH THI CƠNG 3.4.1 Mạch phát: Sơ đồ mạch thi công PCB 25 Sơ đồ mạch 3D Sơ đồ mạch thực tế 26 3.4.2 Mạch thu Sơ đồ mạch thi công 27 PCB Sơ đồ mạch 3D 28 Sơ đồ mạch thực tế 29 Chương 4: Kết luận định hướng phát triển 4.1 Kết luận: Mạch BÁO TRỘM BẰNG HỒNG NGOẠI chạy chưa thực ổn định, dễ bị nhiễu ánh sáng trắng vào mắt thu, khoảng cách mạch phát mạch thu hạn chế Mạch hạn chế cần khắc phục, mạch phát thực tế chưa tần số 38KHz sấp sỉ 36,4KHz nên bên mạch thu khơng bắt tín hiệu Mạch cịn thừa nhiều chỗ trống, thẩm mỹ chưa thật bắt mắt 4.2 Định hướng phát triển: Đề tài hồng ngoại ngày ứng dụng nhiều sống sinh hoạt ngày cong người công nghiệp nhiều lĩnh vực khác… Được ứng dụng thiết bị dân dụng như: điều khiển quạt, đèn, ti vi, thiết bị điện khác Trong môi trường làm việc nguy hiểm việc đóng ngắt thiết bị từ xa dụng cụ thu phát hồng ngoại cần thiết như: nơi có điện áp cao, cầu dao… Có thể nâng cấp từ sơ đồ nguyên lý hoạt động lên hướng tự động hóa cơng nghệ cao hơn: báo trộm sóng điện từ, cảm biến nhiệt độ,… Ta kết hợp với vi xử lý tạo nên mạch điện thông minh như: điều khiển quạt máy máy lạnh hoạt động theo nhiệt độ, với định hiển thị giờ, nhiệt độ,… 30 Tài liệu tham khảo Ths Võ Thị Bích Ngọc / Ths Nguyễn Thị Ngọc Anh – Giáo trình kỹ thuật điện tử - Đại học công nghệ TP.HCM – 2018 Ths Bùi Hữu Hiên – Giáo trình thực tập công nhân điện tử - Đại học công nghệ TP.HCM Wedsite http://www.alldatasheet.com https://tailieuxanh.com/vn/tlID673934_do-an-mach-chong-tromdung-hong-ngoai.html https://dientutuonglai.com/mach-bao-chong-trom-dung-tia-hongngoai.html 31 32