KHOA ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ BÁO CÁO NỘI DUNG ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN (PHẦN PHÂN TÍCH THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG) ĐỀ TÀI Thiết kế mạch điều khiển từ xa bằng remote hồng ngoại sử dụng IC017 NHÓM SINH VI[.]
KHOA ĐIỆN TỬ BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ BÁO CÁO NỘI DUNG ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN (PHẦN PHÂN TÍCH THIẾT KẾ VÀ MƠ PHỎNG) ĐỀ TÀI: Thiết kế mạch điều khiển từ xa remote hồng ngoại sử dụng IC017 NHĨM SINH VIÊN THỰC HIỆN: Nhóm 05 Các thành viên nhóm: Sinh viên: Bùi Tuấn Anh MSV: 2020602481 Sinh viên: Nguyễn Quang Nam MSV: 2020603150 Sinh viên: Nguyễn Đức Nam MSV: 2020602393 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS Nguyễn Đắc Hải Hà Nội, 2022 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH .3 DANH MỤC BẢNG BIỂU PHẦN 1: LỜI MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài .5 1.2 Phân chia công việc PHẦN 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan đề tài 2.2 Cơ sở lý thuyết 2.2.1 IC ổn áp 7805 2.2.2 Relay 5v 2.2.3 Transistor C1815 .9 2.2.1 IC đếm thập phân CD4017 2.2.2 Mắt thu hồng ngoại 11 PHẦN 3: Thiết kế, mô thực phần cứng 12 3.1 Yêu cầu thiết kế .12 3.2 Phân tích thiết kế .12 3.3 Xây dựng sơ đồ khối 14 3.4 Sơ đồ mạch nguyên lý .15 3.5 Thiết kế sơ đồ nguyên lý 15 3.5.1 Khối nguồn .15 3.5.2 Khối thu tín hiệu .16 3.5.3 Khối xử lý tín hiệu 17 3.6 Mô mạch điện .18 3.6.1 Mô phần mềm proteus 18 3.7 Thiết kế sơ đồ mạch in .19 PHẦN 4: Kết thực .21 4.1 Kết đo qua mô 21 4.2 Kết thu 21 4.1 Kết luận 24 Tài liệu tham khảo 25 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình ảnh 1.1: IC ổn áp 7805 .8 Hình ảnh 1.2 : Relay 5V .9 Hình ảnh 1.3 : IC CD4017 10 Hình ảnh 1.4 : mắt thu hồng ngoại 11 Hình ảnh 1.5 : sơ đồ khối tổng quát mạch 14 Hình ảnh 1.6 : sơ đồ khối mạch nguyên lý 15 Hình ảnh 1.7 : sơ đồ khối nguồn 15 Hình ảnh 1.8 : sơ đồ khối thu tín hiệu 16 Hình ảnh 1.9 : sơ đồ khối xử lý tín hiệu .17 Hình ảnh 2.0 : mơ phần mềm proteus .18 Hình ảnh 2.1 : sơ đồ mạch in 2D sau hoàn thành 19 Hình ảnh 2.2 : sơ đồ mạch in 3D sau hoàn thành 20 Hình ảnh 2.3 : sơ đồ điểm đo mô proteus 21 Hình ảnh 2.4 : mạch cắm boartest .22 Hình ảnh 2.5 : mạch sau hàn lắp ráp 23 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng : thông số LM 7805 Bảng : thông số transistor 1815 .9 Bảng : thông số IC CD4017 .10 Bảng : so sánh hai phương án thiết kế .13 Bảng : diểm đo mạch 21 PHẦN 1: LỜI MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ giới mặt, khoa học cơng nghệ có nhiều phát triển vượt bậc 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, sinh hoạt người đạt hiệu cao Điều khiển từ xa(Remote hồng ngoại) thành phần thiết bị điện tử thường tivi, đầu đĩa, quạt, máy điều hòa việc sử dụng điều khiển chúng từ khoảng cách ngắn không qua dây dẫn Những năm gần điều khiển từ xa dã liên tục cải tiến, nâng cấp phát triển Điều khiển từ xa thường sử dụng tia hồng ngoại giúp người dùng lệnh cho thiết bị thống qua số nút nhấn để thay đổi thiết lấp khác Ngày công nghệ trở nên đại xu hướng thứ kết nối điều khiển không dây từ em định “Nghiên cứu, thiết kế mạch điều khiển từ xa remote hồng ngoại sử dụng IC4017 ” Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đồ án bao gồm: Thiết kế mạch điều khiển từ xa remote hồng ngoại, tìm hiểu chức năng, ứng dụng IC4017 mắt thu hồng ngoại IR1838T Mục đích nghiên cứu Mục đích nhóm em đưa đề tài nhằm ứng dụng điều khiển từ xa vào thiết bị điện tử giúp chúng trở nên thông minh hơn, giúp người điều khiển bật tắt thiết bị thông qua remote hồng ngoại Phạm vi nghiên cứu Với giới hạn đề tài phạm vi kiến thực tích lũy nên phạm vi nghiên cứu tập trung vào vấn đề là: - Thiết kế mạch điều khiển từ xa điều khiển hồng ngoại sử dụng IR1838T - Tìm hiểu mắt thu hồng ngoại 1838T, IC4017 linh kiện khác - Thiết kế mô mạch phần mềm Protues - Đo giá trị điện áp số liệu cần thiết mạch - Vẽ thiết kế mạch in phần mềm Altium - Tìm hiểu nghiên cứu làm mạch in thực tế Với đề tài “Nghiên cứu, thiết kế mạch điều khiển từ xa remote hồng ngoại ” Báo cáo nhóm em gồm phần sau: Phần 1: Lời mở đầu Phần 2: Tổng quan đề tài sở lý thuyết Phần 3: Thiết kế, mô thực phần cứng Phần 4: Kết thực 1.2 Phân chia cơng việc THÀNH VIÊN CƠNG VIỆC BÙI TUẤN ANH Vẽ mạch proteus altium Làm báo cáo Xây dựng sơ đồ khối thiết kế Làm mạch NGUYỄN QUANG NAM Lựa chọn phương án tối ưu Mua linh kiện lắp mạch test boardtest Hàn gắn linh kiện lên mạch NGUYỄN ĐỨC NAM Lên ý tưởng Kiểm tra chạy thử Kiểm tra mạch thực tế chạy mạch PHẦN 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan đề tài Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ giới mặt, khoa học cơng nghệ có nhiều phát triển vượt bậc 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, sinh hoạt người đạt hiệu cao Từ lâu ánh sáng hồng ngoại người biết đến, tạo sử dụng rộng dãi nhiều thiết bị có nhiều ứng dụng thơng minh Điều khiển từ xa sử dụng hồng ngoại (Remote hồng ngoại) thành phần thiết bị điện tử, thường tivi, đầu đĩa, quạt, máy điều hòa việc sử dụng điều khiển chúng từ khoảng cách ngắn không qua dây dẫn Những năm gần điều khiển từ xa liên tục cải tiến, nâng cấp phát triển 2.2 Cơ sở lý thuyết 2.2.1 IC ổn áp 7805 LM7805 hay 7805 IC điều chỉnh điện áp dương đầu 5V Nó IC dịng ổn áp dương LM78xx Hình ảnh 1.1: IC ổn áp 7805 Điện áp ngõ 5V Điện áp ngõ vào 7V – 18V Công suất lớn 5W Nhiệt độ hoạt động 0-125oC Dòng đầu 1A Bảng 2: Thông số LM 7805 2.2.2 Relay 5v Relay sử dụng để điều khiển mạch điện áp cao với trợ giúp tín hiệu điện áp thấp Tương tự, chúng sử dụng để điều khiển mạch dòng cao với trợ giúp tín hiệu dịng thấp Chúng sử dụng relay bảo vệ Với chức này, tất lỗi q trình truyền nhận phát cách ly Hình ảnh 3.2: Relay 5v Cấu tạo relay bao gồm: Phần cuộn hút: Gồm cuộn dây kim loại đồng nhôm quấn quanh lõi sắt từ Phần tiếp điểm: Phần kết nối với tiếp điểm động, cuộn dây có tác dụng hút tiếp điểm lại để tạo thành trạng thái NO NC Tạo tác dụng đóng cắt thiết bị tải với dòng điện nhỏ cách ly cuộn hút 2.2.3 Transistor C1815 Ký hiệu Thông số Điều kiện thử nghiệm Min ICBO Dịng cắt Collector VCB=60V, IE=0 0.1µA IEBO Dịng cắt Emitter VEB=5V, IC=0 0.1µA hFE1 hFE2 Hệ số khuyếch đại DC VCE=6V, IC=2mA VCE=6V, IC=150mA VCE (sat) Điện áp bão hòa Collector-Emitter IC=100mA, IB=10mA VBE (sat) Điện áp bão hòa Base-Emitter IC=100mA, IB=10mA 70 25 Max 700 0.25V 1V Bảng 2: Thông số transistor 1815 2.2.1 IC đếm thập phân CD4017 IC 4017 ic đếm thập phân tức đếm hệ 10, đếm xung clock Khi ta đưa tín hiệu xung vào chân clock ic đếm xung xuất 10 output tương ứng với xung clock Hình ảnh 4.3: IC CD4017 Đặc điểm: - Bộ đếm thập phân CMOS 16 chân - Hỗ trợ 10 đầu giải m - Dải điện áp cung cấp rộng từ 3V đến 15V, thường + 5V - Tương thích với TTL - Tần số tối đa: 5,5Mhz Chân số Tên chân 1,2,3,4,5,6, Output pins 7,9,10,11 Q0-Q9 VSS/Ground Mô tả 10 chân đầu ra, chúng không xếp theo thứ tự nên dây bạn cẩn thận Chân nối đất 12 CO Chân lên mức cao sau IC đếm từ đến 10 Thường sử dụng để kích cho ic đếm khác 13 EN Chân cho phép Chân tích cực mức thấp Khi EN = 0, mạch hoạt động 14 Clock Mạch đếm hoạt động có xung từ chân Clock, chân tích cực cạnh lên, thường kết nối với định thời 555 thạch anh khác để tạo xung 10 15 Resets 16 VCC/VDD Đưa trạng thái ngõ lên mức cao Kết nối với nguồn 5V Bảng 3: Thông số IC CD4017 2.2.2 Mắt thu hồng ngoại Thu hồng ngoại IR 1838: sử dụng để thu nhận tín hiệu hồng ngoại từ nguồn phát 38khz Remote, mạch nhỏ gọn, thiết kế để dễ dàng kết nối sử dụng, phù hợp cho nhiều ứng dụng khác Thông số kĩ thuật: - Điện áp: - VDC - Tần số hoạt động: 38KHz - Tương thích với TTL CMOS Độ ổn định cao Hình ảnh 5.4: Mắt thu hồng ngoại PHẦN 3: Thiết kế, mô thực phần cứng 3.1 Yêu cầu thiết kế - Mạch phải có độ ổn định, xác cao 11 - Thiết kế mạch phần mềm thiết kế chuyên dụng - Mạch thiết kế cho tối ưu - Mạch sử dụng linh kiện cắm hàn - Các linh kiện mạch phải xếp theo khối, dây gọn gàng - Dễ dàng lắp đặt, sửa chữa - Linh kiện dễ dàng tìm kiếm thị trường thay hỏng - Với kiến thức tích lữu q trình học tập, phạm vi nghiên cứu đề tài tìm hiểu ic4017, ic7805, mắt thu hồng ngoại IR 1838 phần thiết kế, cách làm mạch, lí thuyết, cơng thức tính tốn, kỹ thuật đo lường - Thiết kế chuyển đổi nguồn từ 220V xuống 5V - Dòng cung cấp 1mA 3.2 Phân tích thiết kế Từ yêu cầu thiết kế đặt mạch sử dụng nguồn chiều 5V sử dụng tín hiệu từ xa để điều khiển đèn Hiện có hai loại thơng dụng mạch điều khiểu hồng ngoại IR mạch điều khiển sóng vơ tuyến RF Vì chúng em có hai phương pháp thiết kế sau: Đặc Phương án Phương án 1: sử dụng tín Phương án 2: sử hiệu hồng ngoại IR tuyến RF Điểm Ưu điểm dụng tín hiệu vơ Khơng dây dẫn 12 Khơng dây dẫn Có thể điều khiển Có thể hoạt động nhiều thiết bị có vật cản Giá thành rẻ Giá thành cao Tính khả thi cao Hoạt động nhanh Dễ thiết kế , lắp đặt Phương thức giao tiếp phức tạp Nhược điểm Tầm xa hạn chế Giá thành cao Dễ bị ảnh hưởng vật cản Yêu cầu thực vi xử lý phức tạp Bảng 4: So sánh hai phương án thiết kế Từ hai phương pháp trên, nhóm chúng em chọn phương pháp tối ưu vì: mạch điều khiển từ xa sử dụng hồng ngoại ỈR dễ thiết kế lắp đặt, có độ tin cậy cao, tính khả thi cao, giá thành rẻ sử dụng sóng RF phù hợp với kiến thức, trình độ chúng em có 3.3 Xây dựng sơ đồ khối 13 Hình ảnh 6.5: Sơ đồ khối tổng quát mạch Chức khối: Khối nguồn: cung cấp nguồn 5V để mạch hoạt động ổn định Khối thu tín hiệu: nhận tín hiệu hồng ngoại Khối xử lí tín hiệu: xử lí tín hiệu từ khối nhận tín hiệu để điều khiển qua khối Relay Khối phát tín hiệu: phát tín hiệu từ remote hồng ngoại Khối Relay: nhận lệnh từ xử lý tín hiệu đóng ngắt nhằm tắt bật thiết bị 14 3.4 Sơ đồ mạch nguyên lý Hình ảnh 7.6: Sơ đồ khối mạch nguyên lý 3.5 Thiết kế sơ đồ nguyên lý 3.5.1 Khối nguồn Hình ảnh 8.6: Sơ đồ khối nguồn Khối nguồn bao gồm: - Điện trở cơng suất R3 để giảm dịng điện 15 - tụ kẹo 220J/360V để hạ điện áp - Điện trở R2 để xả điện cho tụ kẹo - Cầu diode để chuyển dòng xoay chiều sang chiều - Diode Zener 12V để ổn áp điện áp 12V - Tụ C2= 1000uF, C4= 103 để lọc nguồn chống nhiễu đầu vào - Tụ C5= 1000uF, C3= 103 để lọc nguồn chống nhiễu 7805 đầu - Ic7805 để biến đổi nguồn 12V thành 5V - Đèn LED R4 để báo tín hiệu nguồn 3.5.2 Khối thu tín hiệu Hình ảnh 9.7: Sơ đồ khối thu tín hiệu Khối nhận tín hiệu: Nhận tín hiệu hồng ngoại từ điều khiển chuyển thành hiệu điện cung cấp tí hiệu cho khối xử lý tín hiệu 3.5.3 Khối xử lý tín hiệu 16 tín Hình ảnh 10.7: Sơ đồ khối xử lý tín hiệu Bao gồm: IC4017, R7= R6= 10K, R4= 330, C6= 100uF( 35V), Q1: 2SA1015, Q2: 2SC1815 Chân số 13 IC4017 chân đầu vào tích cực mức thấp, để IC hoạt động chân phải nối đất đầu vào xung CLK ( chân số 14 ) IC4017 dùng để điều khiển chân đầu Q0-Q9 Mắt thu hồng ngoại IR1838 có tác dụng nhận tín hiệu hồng ngoại, transistor 2SA1015 tạo xung đến chân CLK IC4017, đếm logic từ chân Q0 sang Q1, cấp nguồn điện cho transistor 2SC1815 khuếch đại điện áp thành 5V, LED2 sáng cuộn hút relay đóng lại Khi có tín hiệu tới mắt thu lần nữa, IC4017 đếm logic từ chân Q1 Q0 ( đầu Q2 nối với chân RESET), LED2 tắt relay ko hút 3.6 Mô mạch điện 3.6.1 Mô phần mềm proteus 17 Hình ảnh 11.8: mơ phần mềm proteus 3.7 Thiết kế sơ đồ mạch in 18 Hình ảnh 12.9: Sơ đồ mạch in 2D sau hồn thành Hình ảnh 2.0: Sơ đồ mạch in 3D sau hoàn thành 19 PHẦN 4: Kết thực 4.1 Kết đo qua mô STT Điểm đo Dụng cụ đo A Điện áp đầu vào Vôn kế B Điện áp IC7805 Vơn kế C Dịng điện IC7805 Ampe kế D Dịng điện vào IC7805 Ampe kế Mơ tả Bảng 5: Các điểm đo mạch 20