BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠCH ĐÈN CẢM BIẾN ÁNH SÁNG DÙNG IC 555 Ngành KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ Chuyên ngành ĐIỆN ĐIỆN TỬ LỜI CẢM ƠN eee Lời đầu[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO ĐỒ ÁN MƠN HỌC MẠCH ĐÈN CẢM BIẾN ÁNH SÁNG DÙNG IC 555 Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN_ĐIỆN TỬ Chuyên ngành: ĐIỆN- ĐIỆN TỬ LỜI CẢM ƠN e&f Lời em xin chân thành cảm ơn thầy HOÀNG VĂN VINH giúp đỡ dạy em tận tình thời gian em làm đồ án môn học sở Cám ơn thầy tạo nhiều điều kiện giúp đỡ dạy cho em để em hoàn thành tốt đồ án thiết kế thi công mạch đèn cảm biến ánh sáng Trong trình thực đồ án với kiến thức em chưa nắm vững thời gian làm đồ án có hạn nên khơng tránh khỏi nhiều sai sót thiết kế thi cơng làm mạch Một lần em mong nhận giúp đỡ thầy HỒNG VĂN VINH thầy khoa để em có thêm kinh nghiệm rút học cho đồ án sau thực tốt Em xin chân thành cám ơn LỜI NĨI ĐẦU Ánh sáng có vai trị quan trọng đời sống người chúng ta, có ánh sáng giúp thấy vật thể Ngày đời sống người nâng cao xã hội ngày phát triển việc sử dụng ánh sáng phục vụ cho đời sống ngày trở nên phong phú đa dạng, giúp cho sinh hoạt tiện lợi đại hơn,và để thuận tiện việc bật tắt thiết bị đèn đường, người ta phát minh nhiều thiết bị thơng minh có chức cảm biến nhận diện ánh sáng để kích hoạt tắt bóng đèn mà không cần người phải điều khiển bật tắt ngày Cùng với giúp đỡ hướng dẫn thầy HOÀNG VĂN VINH nên em thực thi công mạch cảm biến ánh sáng, hướng tới tiện nghi nâng cao môi trường sống cho người Mạch thi công hoạt động tốt MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 ĐẶT VÂN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU ĐỂ TÀI 1.3 NỘI DUNG ĐỀ TÀI 1.4 YÊU CẦU ĐỀ TÀI 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.6 KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 ĐIỆN TRỞ .3 2.1.1 Giới thiệu 2.1.2 Hình dạng ký hiệu 2.1.3 Ứng dụng 2.2 TỤ ĐIỆN 2.2.1 Tụ phân cực Tụ không phân cực 2.2.1.1 Cấu tạo 2.2.2 Hình dạng ký hiệu 2.2.3 Ứng dụng 2.3 IC 555 .5 2.3.1 Giới thiếu 2.3.2 Chức IC 555 2.3.3 Cấu tạo Nguyên lý hoạt động 2.4 RELAY .7 2.4.1 Giới thiệu Cấu tạo 2.5 DIOTDE ZENER .8 2.5.1 Cấu tạo .8 2.5.2 Hình dạng ký hiệu 2.5.3 Nguyến lý hoạt động 2.6.2 Hình dạng ký hiệu 2.6.3 Nguyên lý học động CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 10 3.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI 10 3.1.1 Sơ đồ khối tổng thể 10 3.1.2 Nhiệm vụ khối 10 3.1.2.1 Khối đầu vào 10 3.1.2.2 Khối cảm biến 10 3.1.2.3 Khối xử ký 11 3.1.2.4 Khối điều khiển 11 3.2 THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ 12 3.2.1 Khối cảm biến 12 3.2.1.1 Thiết kế mạch .12 3.2.1.2 Nguyên lý hoạt động mạch 12 3.2.2 Khối xử lý 13 3.2.2.1 Thiết kế mạch .13 3.2.2.2 Nguyên lý hoạt động mạch 13 3.2.3 Khối điều khiển 14 3.2.3.1 Thiết kế mạch .14 3.2.3.2 Nguyên lý hoạt động mạch 14 3.3 NGUYÊN HOẠT ĐỘNG TOÀN MẠCH .15 CHƯƠNG 4: THI CÔNG MẠCH 16 4.1 SƠ ĐỒ MẠCH CẢM BIẾN ÁNH SÁNG .16 4.2 HOÀN THÀNH MẠCH 17 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN .18 5.1 Ưu điểm 18 5.2 Nhược điểm 18 5.3 Hướng phát triển .18 5.4 Tài liệu tham khảo 18 DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH Hình 2-1: hình dạng ký hiệụ điện trở Hình 2-2: Hình dạng Tụ phân cực .4 Hình 2-3: Hình dạng tụ khơng phân cực(tụ gốm .4 Hình 2-4: Ký hiệu tụ điện Hình 2-5: IC 555 Hình 2-6: Cấu tạo bên IC 555 Hình 2-7: Sơ đồ chân IC 555 .7 Hình 2-8: Relay Hình 2-9: Hình dạng diotde zener .8 Hình 2-10: Ký hiệu diotde zener .8 Hình 2-11: Hình dạng ký hiệu quang trở Hình 3-1: Sơ đồ khối tổng thể 10 Hình 3-2: IC 555 11 Hình 3-3: Khối cảm biến 12 Hình 3-4: Khối xử lý 13 Hình 3-5: Cấu tạo IC 555 13 Hình 3-6: Khối điều khiển .14 Hình 3-7: Sơ đồ tồn mạch 15 Hình 4-1: Mạc vẽ .16 Hình 4-2: Mạch layout .16 Hình 4-3: Mạch khơng tác động 17 Hình 4-4: Mạch hoạt động 17 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ: Ngày đời sống người nâng cao xã hội ngày phát triển việc sử dụng ánh sáng phục vụ cho đời sống ngày trở nên phong phú đa dạng, giúp cho sinh hoạt tiện lợi đại hơn,và để thuận tiện việc bật tắt thiết bị đèn đường, người ta phát minh nhiều thiết bị thơng minh có chức cảm biến nhận diện ánh sáng để kích hoạt tắt bóng đèn mà khơng cần người phải điều khiển bật tắt ngày 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI: Nhắc lại kiến thức môn điện tử, Khảo sát số linh kiện mạch Hoàn thiện mạch, hoạt động mạch chạy tốt 1.3 NỘI DUNG ĐỀ TÀI: Sữ dụng phần mềm thiết kế mạch, tìm hiểu nguyên lý hoạt động linh kiện, khối mạch Phương pháp làm mạch in 1.4 U CẦU ĐỀ TÀI: Khi có tín hiệu vào đến khối cảm biến trời tối đèn tự sáng ngược lại trời sáng đèn tự tắt Cấu tạo đơn giản, dễ dàng lắp đặt, linh kiện dễ tìm kiếm, thơng dụng Nguồn đưa vào 220V 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Thu thập thông tin từ bạn bè làm lĩnh vực điện tử, từ tài liệu mà trước học sữ dụng phần mềm proteus để thiết kế mạch chạy mô 1.6 KẾT CẤU ĐỒ ÁN: gồm chương CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ CHƯƠNG 4: THI CÔNG MẠCH CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 ĐIỆN TRỞ: 2.1.1 Giới thiệu: Điện trở cản trở dòng điện vật dẫn điện, vật dẫn điện tốt điện trở nhỏ, vật dẫn điện điện trở lớn, vật cách điện điện trở vơ lớn Điện trở dây dẫn : Điện trở dây dẫn phụ vào chất liệu, độ dài tiết diện dây Được tính theo cơng thức sau: R = ρ.L / S Trong : ρ điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệu L chiều dài dây dẫn S tiết diện dây dẫn R điện trở, đơn vị Ohm 2.1.2 Hình dáng ký hiệu: Hình 2-1: hình dạng ký hiệu điện trở 2.1.3 Ứng dụng: Trong công nghiệp, điện trỡ ứng dụng làm bàn là, bếp điện vv Trong kỹ thuật điện tử, điện trở ứng dụng mạch tạo xung, mạch hạn chế dòng điện vv 2.2 TỤ ĐIỆN: 2.2.1 Tụ phân cực Tụ không phân cực: 2.2.1.1 Cấu tạo: Tụ điện cấu tạo từ hai kim loại ghép song song nhau, chất điện môi nối hai cực(HV) 2.2.2 Hình dạng ký hiệu: Hình 2-2: Hình dạng Tụ phân cực Hình 2-3: Hình dạng tụ khơng phân cực(tụ gốm) Hình 2-4: Ký hiệu tụ điện 2.2.3 Ứng dụng: Dùng mạch lọc tần số Dùng mạch xung 2.3 IC 555: 2.3.1 Giới thiệu: IC 555 là loại linh kiện phổ biến với việc dễ dàng tạo xung vng thay đổi tần số tùy thích, với sơ đồ mạch đơn giản, điều chế độ rộng xung Nó ứng dụng hầu hết vào mạch tạo xung đóng cắt mạch dao động khác Hình 2-5: IC 555 Các thơng số IC 555 có thị trường: Điện áp đầu vào: - 18V (Tùy loại 555: LM555, NE555, NE7555 ) Dòng điện cung cấp: 6mA - 15mA Điện áp logic mức cao: 0.5 - 15V Điện áp logic mức thấp: 0.03 - 0.06V Công suất lớn là: 600mW 2.3.2 Chức IC 555: Là thiết bị tạo xung xác, Máy phát xung, Điều chế độ rộng xung (PWM), Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng thu phát hồng ngoại) 2.3.3 Cấu tạo nguyên lý hoạt động: Cấu tạo IC 555 gồm op-amp so sánh điện áp,mạch lật transistor để xả điện Cấu tạo IC đơn giản hoạt động tốt Bên gồm điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VC thành phần.Cấu tạo tạo nên điện áp chuẩn.Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương op-amp điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm Op-amp Khi điện áp chân nhỏ 1/3 VCC, chân S = [1] FF kích Khi điện áp chân lớn 2/3 VCC, chân R FF = [1] FF reset Hình 2-6: Cấu tạo bên IC 555 Hình 2-7: Sơ đồ chân IC 555 Chân (GND): Chân cho nối masse để lấy dòng Chân (Trigger): Chân so áp với mức áp chuẩn 1/3 mức nguồn nuôi Chân (Output): Chân ngả ra, tín hiệu chân c1 dạng xung, khơng mức áp thấp mức áp cao Chân (Reset): Chân xác lập trạng thái nghĩ với mức áp chân mức thấp, hay hoạt động Chân (Control Voltage): Chân làm thay đổi mức áp chuẩn IC 555 Chân (Threshold): Chân so áp với mức áp chuẩn 2/3 mức nguồn ni Chân (Discharge): Chân có khóa điện đóng masse, thường dùng cho tụ xả điện Chân (VCC): Chân nối vào đường nguồn V+.IC 555 làm việc với mức nguồn từ đến 15V 2.4 RELAY 12V: 2.4.1 Giới thiệu cấu tạo: Relay thiết bị đóng cắt bản, sử dụng nhiều sống thiết bị điện tử Cấu tạo Relay gồm phần: Cuộn hút: Tạo lượng từ trường để hút tiếp điểm phía Tùy vào điện áp làm việc người ta chia Relay DC: 5V, 12V, 24V - AC: 110V, 220V Cặp tiếp điểm: Khi khơng có từ trường( khơng cấp điện cho cuộn dây) Tiếp điểm tiếp xúc với nhờ lực lò xo.Tiếp điểm thường đóng Khi có lượng từ trường tiếp điểm bị hút chuyển sang Trong Relay có cặp tiếp điểm, cặp tiếp điểm nhiều Hình 2-8: RELAY 2.5 DIOTDE ZENER: 2.5.1 CẤU TẠO: Diotde zener cấu tạo từ hai chất bán dẫn P-N ghép lại với nhau(tương tự diode thường, chúng có nồng độ tạp chất đặc biệt) 2.5.2 Hình dạng ký hiệu: Hình 2-9: Hình dạng diotde zener Hình 2-10: Ký hiệu diotde zener 2.5.3 Nguyên lý hoạt động: Phân cực thuận: diode zener phân cực thuận hoạt động diode thơng thường Phân cực ngược: diotde ổn áp làm việc nhờ hiệu ứng thác lũ chuyển tiếp P-N phân cực ngược Trong diode thông thường tượng đánh thủng làm hỏng diode, diode ổn định chế tạo đặc biệt làm việc mạch ngồi có điện trở hạn chế dịng ngược nên diode làm việc chế độ đánh thủng không hỏng 2.6 QUANG TRỞ: 2.6.1 Khái niệm: Quang điện trở gọi tắt LDR loại cảm biến ánh sáng đơn giản, hoạt động dựa vào tượng quang điện Khi có ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn, làm xuất điện tử tự do, làm dẫn điện tăng lên, làm giảm điện trở chất bán dẫn (nếu có nối vào mạch điện mạch nối tắt, ngắn mạch) Khi khơng có ánh sáng chiếu vào, nội trở chất bán dẫn tăng dần đến vơ ( có nối vào mạch điện hở mạch) 2.6.2 Hình dạng ký hiệu: Hình 2-11: Hình dạng ký hiệu quang trở 2.6.3 Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý hoạt động quang trở dựa hiệu ứng quang điện khối vật chất Khi photon có đủ lượng lớn đập vào làm bật electron khỏi phân tử trở thành tự khối chất làm chất bán dẫn thành dẫn điện Mức đo dẫn điện tùy thuộc mức photon hấp thụ Tùy thuộc vào chất bán dẫn mà quang trở phản ứng khác với bước sóng photon khác nhau, Quang trở phản ứng trễ điốt quang cỡ 10ms nên tránh thay đổi nhanh nguồn sáng CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 3.1 THẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI: 3.1.1 Sơ đồ khối tổng thể: Dựa vào yêu cầu đề tài ta có sơ đồ khối: Khối đầu vào Khối cảm biến Khối xử lý Khối điều khiển Nguồn Hình 3-1: Sơ đồ khối tổng thể 3.1.2 Nhiệm vụ khối: 3.1.2.1 Khối đầu vào: Là tín hiệu ánh áng, trời tối sáng để đưa vào khối cảm biến để cảm biến 3.1.2.2 Khối cảm biến: Chức năng: Khối cảm biến có chức thu tính hiệu từ khối đầu vào trời sáng tối, để đưa đến khối xử lý Các linh kiện làm chức này: Quang trở CDS cảm biến ánh sáng, công tắc cảm ứng ánh sáng 10A AS-10, công tắc cảm ứng ánh sáng 10A AS-20, công tắc cảm biến ánh sáng ST01, công tắc cảm biến ánh sáng LUNA 126 star, công tắc cảm biến ánh sáng LUNA 127 star, công tắc cảm biến ánh sáng LUNA 109 AL Lựa chọn linh kiện cho mạch: 10 Chọn quang trở CDS cảm biến ánh sáng để làm mạch, quang trở sử dụng rộng rãi với giá thành rẻ, cấu tạo đơn giản dễ thiết kết mạch 3.1.2.3 Khối xử lý: Chức năng: Khối xử lý có chức xử lý có tín hiệu vào khối cảm biến, đưa tính hiệu đến khối điều khiển Lựa chọn linh kiện cho mạch: IC 555: Cấu tạo IC 555 gồm OP-amp so sánh điện áp, mạch lật transistor để xả điện Cấu tạo IC đơn giản hoạt động tốt Bên gồm điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành phần Cấu tạo tạo nên điện áp chuẩn Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương Op-amp điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm Op-amp Khi điện áp chân nhỏ 1/3 VCC, chân S = [1] FF kích Khi điện áp chân lớn 2/3 VCC, chân R FF = [1] FF reset Hình 3-2: IC 555 3.1.2.4 Khối điều khiển: Chức năng: Khối điều khiển có chức nhận tín hiệu từ khối xử lý để đóng mở đèn Các linh kiện làm chức này: Relay 12V 11 3.2 THIẾT KẾ MẠCH N NGUYÊN LÝ: 3.2.1 Khối cảm biến: 3.2.1.1 Thiết kế mạch: Đầu vào tín hiệu Đầu đưa tín hiệu trời sáng tối đến khối xử lý Hình 3-3: Khối cảm biến Quang trở: có chức cảm biến trời tối điện trở tăng tạo tín hiệu vào chân số Relay, trời sáng điện trở giảm tín hiệu chân số Relay 3.2.1.2 Nguyên lý hoạt động mạch: Khi có tác động: Đầu vào nhận dịng điện vào tín hiệu trời tối điện trở tăng kích tín hiệu đầu lên chân số Relay Khi tín hiệu trời sáng điện trở giảm nên tín hiệu đầu Trời tối RLDR tăng => Max =50k Trời tối : V-= RLDR*VCC/(RLDR+RV1)=50*6/(50+50)=3V Khi khơng có tác động: Đầu vào khơng nhận dịng điện vào nên tín hiệu sáng hay tối mạch khơng hoạt động 12 Trời sáng RLDR giảm => Min=1k Trời sáng :V-= RLDR*VCC/(RLDR+RV1)=1*6/(1+50)=0.11V 3.2.2 Khối xử lý: 3.2.2.1 Thiết kế mạch: Đầu tín hiệu đến khối điều khiển Tín hiệu vào từ khối xử lý Hình 3-4: Khối xử lý 3.2.2.2 Nguyên lý hoạt động mạch: Khi có tác động: Hình 3-5: Cấu tạo IC 555 Đầu vào nhân tín hiệu từ quang trở vào từ chân số 2, IC 555 xử lý tín hiệu đưa chân số đến Relay 13