BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ – ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CƠ SỞ 1 MẠCH CHỐNG TRỘM BẰNG CẢM BIẾN TỪ TRƯỜNG Ngành CƠ ĐIỆN ĐIỆN TỬ Chuyên ngành ĐIỆN CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ – ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CƠ SỞ MẠCH CHỐNG TRỘM BẰNG CẢM BIẾN TỪ TRƯỜNG Ngành: CƠ - ĐIỆN- ĐIỆN TỬ Chuyên ngành: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN CS1: MẠCH CHỐNG TRỘM BẰNG TỪ TRƯỜNG MỤC LỤC CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Nội dung đề tài 1.4 Yêu cầu đề tài 1.5 Phương pháp nghiêng cứu 1.6 Kết cấu đồ án CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Transistor 2.2 SCR 100-6 11 2.2.1 Giới tiệu 11 2.2.2 Các thông số 12 2.3 Diode 12 2.3.1 Tiếp giáp P - N Cấu tạo Diode bán dẫn 12 2.3.2 Phân cực thuận cho Diode 13 2.3.3 Phân cực ngược cho Diode 14 2.4 Điện Trở 14 2.4.1 Điện trở thiết bị điện tử 15 2.4.2 Phân loại điện trở 15 2.4.3 Công suất điện trở 16 2.5 Loa Phát 16 2.6 Công tắc từ 16 CHƯƠNG III: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ MẠCH 18 3.1 Thiết kế sơ đồ khối 18 3.1.1 Sơ đồ khối tổng thể 18 3.1.2 Chức khối : 18 3.2 Thiết kế mạch nguyên lý : 19 3.2.1 Khối cảm biến : 19 3.2.2 Khối xử lý 20 3.2.3 Khối phát tín hiệu 21 3.2.4 Khối nguồn 22 3.3 Tính tốn linh kiện 22 3.4 Nguyên lý hoạt động 23 CHƯƠNG IV: THI CÔNG MẠCH 24 4.1 Mạch layout 24 4.2 Mạch thực tế 25 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN 27 5.1 Kết luận 27 5.2 Hướng phát triển 27 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Hiện nay, với phát triển q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa, phát triển khơng ngừng cơng nghệ thiết bị điện tử dường khơng cịn xa lạ mà hầu hết đến đâu dể dàng tìm thấy Song song viêc trộm cắp vấn đề cần đề phịng xã hội ngày em muốn thiết kế thiết bị chống trộm công tắc từ để hạn chế tình trạng 1.2 Mục tiêu đề tài Mục đích mạch chống trộm cơng tắc từ giúp cho đề phịng việc cắp 1.3 Nội dung đề tài Sử dụng phần mềm thiết kế mạch, tìm hiểu nguyên lý hoạt động linh kiện, khối mạch Phương pháp làm mạch in 1.4 Yêu cầu đề tài Khi có tín hiệu vào đến khối cảm biến vật có từ trường làm thay đổi trạng thái đầu bong đèn , còi Cấu tạo đơn giản , dễ dàng lắp đặt , link kiện dễ tìm kiếm , thơng dụng Nguồn đưa vào điều khiển nguồn 9V 1.5 Phương pháp nghiêng cứu Dựa phương pháp nghiêng cứu, phân tích đặc tính chức linh kiện điện tử , nguyên lý làm việc áp dụng kiến thức học với hướng dẫn giáo viên phụ trách để nghiên cứu xây dựng nên mạch có chức chống trộm hoạt động tốt ổn định với yêu cầu đề tài 1.6 Kết cấu đồ án Đồ án chia thành chương với nội dung cụ thể sau : Chương 1: Giới thiệu đề tài Chương : Cơ sở lý thuyết Chương : Tính tốn thiết kế Chương : Thi công mạch Chương : Kết luận CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Transistor Transistor hay tranzito loại linh kiện bán dẫn chủ động, thường sử dụng phần tử khuếch đại khóa điện tử Transistor nằm khối đơn vị xây dựng nên cấu trúc mạch máy tính điện tử tất thiết bị điện tử đại khác Vì đáp ứng nhanh xác nên transistor sử dụng nhiều ứng dụng tương tự số, khuếch đại, đóng cắt, điều chỉnh điện áp, điều khiển tín hiệu, tạo dao động Transistor kết hợp thành mạch tích hợp (IC), tích hợp tới tỷ transistor diện tích nhỏ Cũng giống điốt, transistor tạo thành từ hai chất bán dẫn điện Khi ghép bán dẫn điện âm nằm hai bán dẫn điện dương ta PNP Transistor Khi ghép bán dẫn điện dương nằm hai bán dẫn điện âm ta NPN Transistor Tên gọi Transistor từ ghép "Transfer" "resistor", tức điện trở chuyển đổi, John R Pierce đặt năm 1948 sau đời Nó có hàm ý thực khuếch đại thông qua chuyển đổi điện trở, khác với khuếch đại đèn điện tử điều khiển dịng qua đèn thịnh hành thời kỳ Phân loại: Phân biệt loại transistor PNP NPN thực tế Transistor Nhật bản: thường ký hiệu A , B , C , D Ví dụ A564, B733, C828, D1555 transistor ký hiệu A B transistor thuận PNP ký hiệu C D transistor ngược NPN transistor A C thường có cơng suất nhỏ tần số làm việc cao transistor B D thường có cơng suất lớn tần số làm việc thấp Transistor sản xuất theo công nghệ Mỹ thường ký hiệu 2N ví dụ 2N3055, 2N3904, vv Transistor Trung quốc sản xuất: Bắt đầu số 3, hai chữ Chữ thứ cho biết loại bóng: Chữ A B bóng thuận, chữ C D bóng ngược, chữ thứ hai cho biết đặc điểm: X P bóng âm tần, A G bóng cao tần Các chữ số sau thứ tự sản phẩm Thí dụ: 3CP25, 3AP20 vv Chức Transistor linh kiện tích cực, tức cần nguồn cung cấp lượng để hoạt động, cụ thể, cần phải phân cực cho transistor để hoạt động Tùy theo mục đích mà Transistor mắc nối với mạch điện kiểu khác để thực chức sau: • • • Khóa điện tử Truyền dẫn điện Bộ khuếch đại Vùng hoạt đông Transistor hoạt động nhờ đặt điện chiều vào vùng biên (junction) Điện gọi điện kích hoạt (bias voltage) Mỗi vùng transistor hoạt động điốt Vì transistor có hai vùng kích hoạt với điện thuận nghịch Có tất bốn cách thức (mode) hoạt động cho hai PNP hay NPN Transistor Cách thức hoạt động (Operating EBJ Mode) CBJ Phân cực nghịch Cut-Off Nghịch (Reverse) Nghịch (Reverse) Phân cực thuận nghịch Active Thuận (Forward) Nghịch (Reverse) Phân cực thuận Saturation Thuận (Forward Thuận) Phân cực nghịch thuận Reverse- Nghịch Active (Reverse) Thuận) Phân cực thuận nghịch (The Active mode) dùng cho việc khuếch đại điện thuận Phân cực nghịch thuận (Reverse-Active) dùng cho việc khuếch đại điện nghịch Vùng (The Cut-Off) and (Saturation) modes dùng công tắc (switch) biểu trạng thái 1,0 điện số Tìm hiểu hoạt dộng: IB: (cường độ) dòng điện qua cực Base transistor IC: (cường độ) dòng điện qua cực Collector transistor IE: (cường độ) dòng điện qua cực Emitter transistor IR: (cường độ) dòng điện qua điện trở R VBE: (độ lớn) hiệu điện cực Base Emitter transistor Các thơng số tương tự dùng kí hiệu tương tự UB: điện áp cực Base Các thông số tương tự dùng kí hiệu tương tự Transistor thuận PNP Transistor loại PNP tương tự loại NPN trình bày trên, có số điểm ngược lại sau: Dòng điện điều khiển qua transistor PNP dòng điện từ Emitter sang Collector Dòng IE IB tỉ lệ nghịch với IB đạt cực đại IE = 0A IB = 0A IE đạt cực đại Tới có lẽ bạn hiểu lại có transistor thuận - nghịch Dòng điện cực đại qua cực Base IB Mỗi loại transistor có mức dịng IB cực đại khác nhau, đừng nghĩ transistor to hầm hố IB cực đại lớn hay ngược lại Nếu dòng điện qua cực Base transistor vượt mức IB cực đại, làm hỏng transistor Do người ta mắc nối tiếp với cực Base điện trở hạn dòng Hệ số khuếch đại hFE (β) Là tỉ số IC / IB đặc trưng cho khả khuếch đại dòng điện transistor Mỗi loại transistor có mức hệ số khuếch đại khác Trong điều kiện làm việc khác nhau, hFE khác Với transistor có hFE lớn, bạn cần dịng IB nhỏ kích cho mở hồn tồn hFE thường có trị số từ vài chục đến vài ngàn 10 Cường độ dòng điện cực đại IC dòng điện tối đa mà transistor mở cho vào cực Collector Các loại transistor lớn thường có IC tối đa khoảng 5A địi hỏi phải có quạt tản nhiệt Hiệu điện thế: UCE: hiệu điện tối đa cực Collector Emitter transistor UCE thường có trị số từ vài chục đến vài trăm volt Các dự án Arduino hầu hết chạy mức 5V thấp hơn, bạn không cần phải quan tâm nhiều đến thông số UCB: hiệu điện tối đa cực Collector Base transistor UBE thường có trị số từ vài chục đến vài trăm volt Các dự án Arduino hầu hết chạy mức 5V thấp hơn, bạn khơng cần phải quan tâm nhiều đến thông số UBE: hiệu điện tối đa cực Base Emitter transistor (là hiệu UB - UE) Với dòng hoạt động nhỏ, UBE gần 0V Với dòng lớn hơn, UBE tăng lên lên nhanh Với đa phần transistor, UBE vượt 5V Công suất tiêu tán lượng tối đa (Device Dissipation/Power Dissipation) đặc trưng cho công suất hoạt động lớn transistor, có giá trị tích UCE * ICE Một số loại transistor lớn có cơng suất lên đến 65W TIP120/121/122 tỏa nhiều nhiệt lượng nên cần phải gắn thiết bị tản nhiệt, số khác 2N3904 625mW không cần tản nhiệt 2.2 SCR 100-6 2.2.1 Giới tiệu Con SCR thường làm linh kiện đóng ngắt dòng điện dùng để điều khiển nguồn điện, biến đổi công suất , lĩnh vực điện tử cơng suất SCR có tính giống transistor khác chút chỗ SCR tín hiệu tác động vào cổng điều khiển có chức đóng điện mà khơng thể ngắt dịng điện qua Cổng điều khiển transistor cực (cực Base) , SCR chân G(Gate) 11 2.2.2 Các thông số • Điện áp cực đại: 600A • Dòng điện thuận cực đại: 0.8A • Điện áp điều khiển mở van: 0.1 ~ 1.2V • Dịng điều khiển mở van: 200uA • Nhiệt độ làm việc: -40oC ~ 125oC MCR100-6 linh kiện bán dẫn, thiết kế cho điện áp cao, sử dụng dòng điện để relay, van đóng mở, điều khiển động nhỏ, đóng mở cho Thyristor lớn MCR100-6 chịu điện áp cực đại đặt lên van 600V cho chiều thuận chiều nghịch Dải nhiệt độ làm việc rộng từ -40oC 125oC MCR100-6 thích hợp sử dụng điều chỉnh điện áp xoay chiều công-tắc-tơ tĩnh Chúng sử dụng bật/tắt chức ứng dụng, cảm ứng khởi động động mạch, điều khiển tốc độ động cơ, 2.3 Diode 2.3.1 Tiếp giáp P - N Cấu tạo Diode bán dẫn 12 L chiều dài dây dẫn S tiết diện dây dẫn R điện trở đơn vị Ohm 2.4.1 Điện trở thiết bị điện tử Hình dáng ký hiệu : Trong thiết bị điện tử điện trở linh kiện quan trọng, chúng làm từ hợp chất cacbon kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo loại điện trở có trị số khác Hình dạng điện trở thiết bị điện tử Ký hiệu điện trở sơ đồ nguyên lý Đơn vị điện trở Đơn vị điện trở Ω (Ohm) , KΩ , MΩ 1KΩ = 1000 Ω 1MΩ = 1000 K Ω = 1000.000 Ω 2.4.2 Phân loại điện trở Điện trở thường : Điện trở thường điện trở có công xuất nhỏ từ 0,125W đến 0,5W Điện trở công xuất: Là điện trở có cơng xuất lớn từ 1W, 2W, 5W, 10W 15 Điện trở sứ, điện trở nhiệt : Là cách gọi khác điện trở cơng xuất , điện trở có vỏ bọc sứ, hoạt động chúng toả nhiệt 2.4.3 Công suất điện trở Khi mắc điện trở vào đoạn mạch, thân điện trở tiêu thụ công xuất P tính theo cơng thức P = U I = U2 / R = I2.R Theo công thức ta thấy, công xuất tiêu thụ điện trở phụ thuộc vào dòng điện qua điện trở phụ thuộc vào điện áp hai đầu điện trở Cơng xuất tiêu thụ điện trở hồn tồn tính trước lắp điện trở vào mạch Nếu đem điện trở có cơng xuất danh định nhỏ cơng xuất tiêu thụ điện trở bị cháy Thông thường người ta lắp điện trở vào mạch có cơng xuất danh định > = 2.5 Loa Phát Là loại loa nhỏ, đơn giản Loa có cơng suất 0,5w; 8Ω Hai chân:một chân cấp nguồn (dài),chân cịn lại nối mass (ngắn) 2.6 Cơng tắc từ -Giới thiệu Công Tắc Từ FR3S loại linh kiện điện từ: chúng đóng hay mở mạch điện dự nguyên lý từ trường Khi từ trường đủ mạnh làm chúng nhiễm từ để mở hay đóng mạch điện Loại sensor tương đối rẻ tiền, dễ mua, bền nên có thê lắp chìm bên phía cửa chám xi măng xong Phía bên cửa phía bên ta để cục nam châm nhỏ có sensor để biết mở cửa dễ dàng Cơng tắc từ nhìn giống bóng đèn flash đóng hay mở mạch( đổi trạng thái) có từ trường đủ lớn 16 -Ứng dụng + làm cơng tắc đóng mở thiết bị Vì cần có tác động từ trường đủ lớn thay đổi trạng thái đóng mở mạch điện, nên dùng thuận lợi cho việc điều khiển nơi ẩm ướt đóng mở thường xun Vì khơng cần tiếp xúc trực tiếp học mà dán tiếp qua từ trường + Làm cảm biến cửa: cách tuyệt vời khơng sợ bụi bặm theo thời gian hay che chắn dễ dàng lắp đặt Nhược điểm dùng nam châm để làm hiểu lầm nên lắp đặt nên dùng kim loại tạo vòng che chắn để ảnh hưởng từ trường bên cạnh 17 CHƯƠNG III: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ MẠCH 3.1 Thiết kế sơ đồ khối 3.1.1 Sơ đồ khối tổng thể 3.1.2 Chức khối : o Khối : Khối tác động : Là tín hiệu từ trường đủ mạnh để khối cảm biến cảm biến Ở chọn loại nam châm phổ biến thị trường , giá thành rẻ o Khối : Khối cảm biến Chức : Khi bắt tín hiệu từ trường dẫn điện áp đến khối xử lý Các linh kiện làm chức : công tắc từ FR3S Lựa chọn linh kiện cho mạch : Chọn Cơng Tắc Từ FR3S linh kiện đóng hay mở mạch điện dự nguyên lý từ trường Khi từ trường đủ mạnh làm chúng nhiễm từ để mở hay đóng mạch điện Loại sensor tương đối rẻ tiền, dễ mua, bền nên có thê lắp chìm bên phía 18 cửa chám xi măng xong Phía bên cửa phía bên ta để cục nam châm nhỏ có sensor để biết mở cửa dễ dàng o Khối 3: Khối xử lý : Chức : Khi chân B tranzitor phân cực âm , chân C chân E tranzitor thơng Đưa tín hiệu điện đến MCR Tại tín hiệu đưa khối phát tín hiệu mà khơng bị ngắt Các linh kiện sử dụng khối :TRANZITOR A1015 , TRANZITOR C9018 ,C9013,MCR 100-6 , MCR 100-8 Lựa chọn linh kiện dung mạch : Tranzitor A1015 , MCR 100-6 (vì tính giống transistor khác chút chỗ SCR tín hiệu tác động vào cổng điều khiển có chức đóng điện mà khơng thể ngắt dịng điện qua nó) o Khối 4: Khối phát tín hiệu Chức : Tín hiệu vào làm thay đổi trạng thái thiết bị có mạch Linh kiện làm chức : led , còi hú , cịi bíp … o Khối 5: Khối nguồn Chức Cấp nguồn 9vdc cho mạch Linh kiện làm được: pin 9v,nguồn 3.2 Thiết kế mạch nguyên lý : 3.2.1 Khối cảm biến : a) Thiết kế mạch : 19 Đối với mạch sử dụng công tắc từ FR3S để làm cảm biến từ Khi phát từ trường : tiếp điểm J1 J2 nối lại với , dẫn dòng điện từ J1 qua J2 , dẫn tín hiệu điện đến khối xử lý 3.2.2 Khối xử lý a) Thiết kế mạch : b) Nguyên lý hoạt động -Khi có tác động: Công tắc từ dẫn điện qua R6 R1 ,điểm chung chân B A1015 IB = VCC/(R6+R1) 20 chân B lúc khoảng 8,5 V => làm cực CE A1015 khơng thơng -Khi khơng có tác động : Khi công tắc từ từ trường , không dẫn điện qua R6 , cầu phân áp R5 R1 hoạt động IB=VCC/(R5+R1) Chân B lúc phân cực âm => mối nối EC thơng Đưa tín hiệu điện đến SCR (được hạn dòng R3 ,R4 3.2.3 Khối phát tín hiệu a) Thiết kế mạch Điot D2 cho phép dịng qua theo chiều mà khơng theo chiều ngược lại R2 hạn dịng qua Led b) Ngun lý hoạt động: +Khi khơng có tác động : Tín hiệu đưa cấp cho Led , cịi hú cịi chíp ( hạn dịng R2 ) Điện áp từ khối xử lý đưa vào khối phát tín hiệu theo cơng thức cầu phân áp điện áp điện áp khối cảnh báo : 21 VOUT = ( VXỬ LÝ * R LED)/( R2 + RLED) +Khi có tác động : khơng có dịng điện từ khối xử lý qua => Led , cịi hú , cịi bíp khơng hoạt động 3.2.4 Khối nguồn Ta sử dụng pin 9V để cấp nguồn cho mạch Khối nguồn cung cấp nguồn cho khối cảm biến, khối phát tín hiệu để mạch hoạt động 3.3 Tính tốn linh kiện Dịng điện qua R1 R5 : 𝑈 𝐼15 =𝑅15=14,7 = 0,61(𝐴) 𝑅15 = 𝑅1 + 𝑅5 = 10 + 4,7 = 14,7 (𝐾)(𝑑𝑜 𝑅1 𝑣à 𝑅5 𝑚ắ𝑐 𝑛ố𝑖 𝑡𝑖ế𝑝) Điện áp R1 𝑈1 = 𝐼15 ∗ 𝑅1 = 0,61 ∗ 10 = 6,1(𝐴) Điện áp R5 𝑈5 = 𝐼15 ∗ 𝑅5 = 0,61 ∗ 4,7 = 2,867(𝐴) Tính điện trở hạn dòng cho led Điện áp qua led mà led chịu từ 1.8-3v dịng qua led 10mA=> chọn điện áp qua led 2v với dòng qua led 10mA R2= 109mA 0.7k 700 Chọn R2=1k Ω 22 3.4 Nguyên lý hoạt động Ban đầu, ta cấp nguồn cho mạch nguồn dương từ cực dương nguồn theo mạch đến công tắc Công tắc chịu trách nhiệm cấp nguồn cho mạch người sử dụng cho phép Nếu người sử dụng chưa bật cơng tắc khơng có nguồn cho mạch, đồng nghĩa với việc mạch không hoạt động Khi người sử dụng bật công tắc, có nguồn qua cơng tắc, lúc này, nguồn đến công tắt từ Tại công tắt từ ta đặt miếng nam châm , ta để miếng nam châm cơng tắt từ giữ ngun cơng tắt từ khơng dẫn có tác động vào miếng nam châm làm cho miếng nam châm tách khỏi công tắt từ làm cho công tắt từ đóng lại cho nguồn chạy qua vào transitor làm cho transitor dẫn kích vào chân G SCR làm thơng mạch có dịng điện chạy qua loa thơng qua SCR xuống max làm cho loa kêu led sáng 23 CHƯƠNG IV: THI CÔNG MẠCH 4.1 Mạch layout Các bước tiếng hành Thiết kế sơ đồ nguyên lý.( nguồn, mạch phát, mạch thu hồng ngoại, khối điều khiển…).Vẽ mạch in máy, sau in giấy chuyên dùng (C80,C82,C83 ) Tiếp ta đặc bo đồng cho vùa với khổ giấy in Sau dung bàn ủi để nhiệt độ thật nóng, ủi lên phía tờ mặt giấy in Tiếp lấy bo đồng vủa ủi xong đem ngăm với dung dịch rửa mạch Sau rủa nước Dùng giấy nhám chà mặc đồng cho sáng đường mạch lên Dùng nhưa thong pha với xăng chà lên mặc đồng để khỏi bị oxi hóa Cuối đợi cho thật khô Rồi tiến hành khoang lỗ gắn linh kiện vào mạch => hàn linh kiện lại với 24 4.2 Mạch thực tế 25 26 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN 5.1.Kết luận Mạch đồ án một tập lớn, thử thách sinh viên, nhiên với đồ án giúp cho sinh viên vận dụng cách cụ thể kiến thức học cách sáng tạo, giúp sinh viên quen dần với cách học tự nghiên cứu, học tập làm việc với nhóm để nghiên cứu thực đồ án cách tốt Hơn nữa, đồ án giúp sinh viên quen dần với cách làm đồ án 2, đồ án tốt nghiệp sau 5.2.Hướng phát triển Mạch điện tử có nhiều hạn chế sử dụng, lúc thiết kế cịn thiếu sót Những mặt hạn chế em cố gắng, cố gắng thật nhiều để tìm cách khắc phục để mạch điện tử ngày hoàn thiện 27 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy Hoàng Văn Vinh giáo viên hướng dẫn đồ án giúp em hồn thành đồ án mơn học ôn lại số kiến thức cũ,bổ sung thêm kiến thức trình thực đồ án 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1) Mạch điện tử Tác giả Lê Tiến Thường Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP.HCM 2) Mạch điện tử Tác giả Lê Tiến Thường Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP.HCM 3) http://codientu.org/ 4) http://www.dientuvietnam.net/forums/ 29