Ứng dụng led hồng ngoại trong xử lý báo chống trộm, chống cháy phát ra âm thanh dùng module ISD1820. Với đề tài “Mạch chống trộm phát ra âm thanh có trộm” ta có thể tối ưu làm chomạch nhỏ hơn có kích thước từ 35cm sẽ phù hợp khi lắp đặt trong các thiết bị chứa tài sảncần bảo quản như: xem máy, ôtô, két sắt, cửa ra vào…Có thể mở rộng ứng dụng nhiều nơi hơn không chỉ dừng lại ở việc phát ra âm thanh“có trộm” mà ta có thể ứng dụng phát ra các âm thanh khác như “xin chào”, “tạm biệt”trong các cửa hàng siêu thị, hay cửa hàng mini…
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH BÁO CÁO ĐỒ ÁN Môn học: ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ Đề tài: MẠCH CHỐNG TRỘM PHÁT ÂM THANH CÓ TRỘM GVHD: ThS Nguyễn Văn Hiệp SVTH: Phạm Văn Dũng Nguyễn Chính Tùng TP Hồ Chí Minh, tháng 6-2022 MSSV: 19161216 19161026 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH BÁO CÁO ĐỒ ÁN Môn học: ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ Đề tài: MẠCH CHỐNG TRỘM PHÁT ÂM THANH CÓ TRỘM GVHD: ThS Nguyễn Văn Hiệp SVTH: Phạm Văn Dũng Nguyễn Chính Tùng TP Hồ Chí Minh, tháng 6-2022 MSSV: 19161216 19161026 LỜI NÓI ĐẦU 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 lĩnh vực 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 cao Xuất phát từ ứng dụng thiết thực đó, chúng em thực thiết kế thi công mạch ứng dụng việc thu phát hồng ngoại: “MẠCH CHỐNG TRỘM PHÁT RA ÂM THANH CÓ TRỘM” Việc ứng dụng hồng ngoại xử lý báo trộm, chống cháy một yêu cầu thiết thực phát triển an ninh an toàn xã hội Nội dung báo cáo chia làm chương: CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH CHƯƠNG 3: THI CÔNG MẠCH CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ Chi tiết nội dung chương: Chương 1: Trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý chọn đề tài, mục tiêu nghiên cứu, giới hạn đề tài kế hoạch nghiên cứu Chương 2: Trình bày sơ đồ khối, nghiên cứu thiết kế khối, nguyên lý mạch, linh kiện ứng dụng Chương 3: Trình bày q trình thi cơng mạch PCB Chương 4: Đánh giá kết mức độ hoàn thiện đề tài Trong trình thực đồ án, chúng em có nhiều thiếu sót nhờ hướng dẫn nhiệt tình đóng góp q thầy Nguyễn Văn Hiệp mang lại, nhóm em hồn thành tốt đồ án cho mơn học Vì lần thực đồ án cho môn chuyên ngành nên cố gắng chắn tránh khỏi thiếu sót Do chúng em mong nhận nhiều đóng góp ý kiến từ thầy Hiệp nói riêng thầy cô giáo môn khoa Điện-Điện tử nói chung để đồ án mơn học ngày hồn thiện Thay mặt nhóm, em xin chân thành cảm ơn! NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… MỤC LỤC CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP ĐỀ TÀI 12 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 12 1.2 MỤC TIÊU 12 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 12 1.4 KẾ HOẠCH NGHIÊN CỨU 12 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ 13 2.1 MỤC TIÊU 13 2.2 SƠ ĐỒ KHỐI 13 2.2 CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI 13 2.2.1 Khối nguồn 13 2.2.2 Khối phát thu hồng ngoại 13 2.2.3 Khối định thời báo động 13 2.3 THIẾT KẾ CÁC KHỐI 14 2.3.1 Khối thu phát hồng ngoại dùng LM358 14 2.3.2 Khối định thời 16 2.3.3 Khối báo động 18 2.3.4 Khối nguồn 20 2.3.5 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 21 CHƯƠNG 3: THI CÔNG MẠCH 22 3.1 THI CÔNG PHẦN CỨNG 22 3.1.1 THI CÔNG PCB 22 3.1.2 Hàn linh kiện 24 3.2 KẾT QUẢ SAU KHI THI CÔNG 25 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 26 4.1 KẾT QUẢ THỰC HIỆN 26 4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Sơ đồ khối mạch báo chống trộm phát âm có trộm 13 Hình 2.2 Cặp Led phát thu hồng ngoại 14 Hình 2.3 IC LM385 thực tế 14 Hình 2.4 Mạch khối cảm biến hồng ngoại 15 Hình 2.5 IC 555 thực tế 16 Hình 2.6 Mạch tạo xung dạng sóng ngõ dùng IC 555 17 Hình 2.7 Mạch định thời tạo xung phát âm dùng IC555 18 Hình 2.8 Module mạch ghi phát âm ISD 1820 20 Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý mạch thu phát âm ISD1820 20 Hình 2.10 Sơ đồ ngun lý tồn mạch 22 Hình 3.1 PCB mạch báo chống trộm phát âm có trộm 24 Hình 3.2 Mạch in mặt 24 Hình 3.3 Mạch in mặt 25 Hình 3.4 Mạch sản phẩm 25 DANH MỤC BẢNG Bảng Kế hoạch nghiên cứu 12 Bảng 2.1 Điện áp làm việc linh kiện mạch 21 Bảng 3.1 Thông tin linh kiện sử dụng cho khối nguồn 22 Bảng 3.2 Thông tin linh kiện sử dụng cho khối thu phát hồng ngoại 22 Bảng 3.3 Thông tin linh kiện sử dụng cho khối định thời 22 Bảng 3.4 Thông tin linh kiện sử dụng cho khối phát âm 23 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ 2.1 MỤC TIÊU Thiết kế giải thích sơ đồ khối sơ đồ khối, từ sơ đồ khối xây dựng sơ đồ mạch nguyên lý sử dụng protues Giải thích nguyên lý mạch hoạt động Khảo sát số linh kiện quan trọng sử dụng mạch 2.2 SƠ ĐỒ KHỐI Từ yêu cầu hệ thống cảnh báo chống trộm nhóm tiến hành thiết kế sơ đồ khối mạch hình sau: Hình 2.1 Sơ đồ khối mạch báo chống trộm phát âm có trộm 2.2 CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI 2.2.1 Khối nguồn Có chức cung cấp nguồn cho toàn mạch để hoạt động Sử dụng Adapter DC 5V-1mA, cung cấp đủ điện áp dòng cho hệ thống hoạt động tốt, ổn định, khơng bị hỏng sụt áp, hay q dịng cung cấp điện áp cho mạch loa 2.2.2 Khối cảm biến Có chức phát vật Khi có vật cản phía trước cảm biến cấp tín hiệu truyền tính hiệu qua khối định thời 2.2.3 Khối định thời Khối sử dụng IC555 nhận tín hiệu tạo xung từ khối cảm biến tạo xung dao động Mỗi xung dao động cấp cho khối báo động 2.3.4 Khối báo động Khối sử dụng IC thu phát giọng nói ISD 1820 Mỗi nhận tín hiệu xung kích từ khối định thời, ngõ loa phát âm “có trộm” thu sẵn trước 13 2.3 THIẾT KẾ CÁC KHỐI 2.3.1 Khối thu phát hồng ngoại dùng LM358 LED thu phát hồng ngoại sử dụng nhiều lĩnh vực điều khiển, chế tạo cảm biến, … có phát chuyển động vật thể, lý nhóm em chọn cặp led thu phát hồng ngoại Hình 2.2 Cặp Led phát thu hồng ngoại ❖ Thông số kỹ thuật Điện áp: 1.2-1.6V DC Dịng: 10-20mA Bước sóng: 940nm IC LM358 khuếch đại thuật tốn kép cơng suất thấp, khuếch đại có ưu điểm so với khuếch đại thuật toán chuẩn ứng dụng dùng nguồn đơn Hình 2.3 IC LM385 thực tế IC LM385 hoạt động nguồn điện áp thấp 3V cao lên tới 32V Có cơng suất cực máng thấp, nhiên độ lợi cao 100dB Đó lý nhóm em chọn IC LM358 để tạo mức logic khối phát thu hồng ngoại 14 ❖ Thông số kỹ thuật Điện áp đầu vào: – 32V Điện áp ngõ ra: – 1,5V Độ lợi khuếch đại: 100dB Nhiệt độ hoạt động: – 70oC ❖ Tính tốn mạch Mạch nguồn DC 5V giá trị điện trở R19 = 330Ω cịn biến trở dùng loại 10k hay 5k biến trở dùng để điều chỉnh khoảng cách cảm biến hay độ nhạy cảm biến IR 𝑹𝟏𝟗 = 𝑼𝒏𝒈𝒖ồ𝒏 − 𝑼𝑰𝑹 𝟓 − 𝟏, 𝟕 = = 𝟑𝟑𝟎Ω 𝑰 𝟏𝟎 𝟏𝟎−𝟑 ❖ Sơ đồ nguyên lý Hình 2.4 Mạch khối cảm biến hồng ngoại ❖ Giải thích sơ đồ ngun lý Khi có vật cản phía trước, chùm tia hồng ngoại phát từ led D2 đập vào vật cản phản xạ lại led thu D3 làm led thu thay đổi giá trị nội trở dẫn đến thay đổi mức điện 15 áp đầu vào không đảo LM358 (U3) Khoảng cách gần, thay đổi lớn Khi đó, điện áp đầu vào khơng đảo so sánh với giá trị điện áp không đổi ghim biến trở RV4, giá trị điện áp đầu vào không đảo lớn đầu vào đảo, U3 xuất mức 1, giá trị điện áp đầu vào không đảo nhỏ đầu vào đảo, U3 xuất mức Biến trở RV4 dùng để chỉnh độ nhạy mạch 2.3.2 Khối định thời Để cần có xung kích cho khối phát âm ta cần thiết kế mạch tạo xung Nhóm chọn IC555 để làm mạch tạo xung kích cho khối phát âm IC có số ưu điểm như: IC sử dụng rộng rãi sử dụng tạo xung đa hài ổn định đơn ổn định, mạch định thời đơn tạo xung nhịp định thời xác với chu kỳ làm việc 50% 100% Hình 2.5 IC 555 thực tế ❖ Thông số kỹ thuật Điện áp đầu vào từ: 4,5 - 16V Dòng điện cung cấp: 10 – 15mA Điện áp logic mức cao: 0,5 - 15V Điện áp logic mức thấp: 0,03 – 0,06V Công suất lớn nhất: 600mW Nhiệt độ hoạt động: – 70oC 16 Hình 2.6 Mạch tạo xung dạng sóng ngõ dùng IC 555 ❖ Tính toán mạch Để giới hạn đề tài này, chúng em đặt thời gian cảnh báo liên tục mạch tắt khoảng 10 phút (𝑡 = 600𝑠) với chu kỳ lặp lại tiếng cảnh báo 2s (𝑇 = 2𝑠) Để làm vậy, chúng em sử dụng IC 555 Cơng thức tính thời gian phát xung IC 555: 𝒕 = 𝒕𝒐𝒏 + 𝒕𝒐𝒇𝒇 = 𝟎, 𝟕(𝑹𝑨 + 𝟐𝑹𝑩 ) 𝑪 Đối với IC 555 dùng để chỉnh khoảng thời gian cảnh báo khoảng 10 phút Như để tạo xung phát dài liên tục 10 phút ta cần tính 𝒕𝒐𝒏 cho 𝒕𝒐𝒇𝒇 = 𝟎 Chọn tụ với giá trị 𝑪𝟐 = 470𝑢𝐹 𝒕𝟏 𝟔𝟎𝟎 𝑹𝟏𝟒 = = ≅ 𝟏, 𝟖𝟐𝟑𝟕 𝟏𝟎𝟔 𝛀 𝟎, 𝟕 𝑪𝟐 𝟎, 𝟕 𝟒𝟕𝟎 𝟏𝟎−𝟔 Chọn 𝑹𝟏𝟒 = 1,8𝑀Ω Đối với IC 555 thứ hai dùng để tạo xung với chu kỳ 2s để lặp lại tiếng cảnh báo, tụ C chọn với giá trị 𝑪𝟏𝟎 = 100𝑢𝐹 𝑹𝟏 = 10𝑘Ω 𝒕𝟐 𝟐 𝑹𝟏𝟑 = − 𝟐 𝑹𝟏 = − (𝟐 𝟏𝟎 𝟏𝟎𝟑 ) ≅ 𝟖, 𝟓𝟕𝟏 𝟏𝟎𝟑 𝛀 𝟎, 𝟕 𝑪𝟏𝟎 𝟎, 𝟕 𝟏𝟎𝟎 𝟏𝟎−𝟔 Chọn 𝑹𝟏𝟑 = 10𝑘Ω Mở rộng vấn đề: Để thay đổi chu kỳ lặp lại tiếng cảnh báo, ta thêm biến trở nối tiếp với R13 để thay đổi thời gian xung Vì thị trường giá trị biến trở mà ta cần tìm có giá trị 5k, 10k, 50k, 100k, 200k, 500k Vì em chọn biến trở RV2 200k, chu kỳ có thời gian tối đa bằng: 𝒕𝟐 = 𝒕𝒐𝒏 + 𝒕𝒐𝒇𝒇 = 𝟎, 𝟕(𝑹𝑽𝟐 + 𝟐𝑹𝟏 ) 𝑪𝟏𝟎 = 𝟎, 𝟕(𝟐𝟏𝟎 + 𝟐 𝟏𝟎)𝟏𝟎𝟑 𝟏𝟎𝟎 𝟏𝟎−𝟔 = 𝟏𝟔, 𝟏(𝒔) ❖ Sơ đồ nguyên lý 17 Hình 2.7 Mạch định thời tạo xung phát âm dùng IC555 ❖ Giải thích sơ đồ nguyên lý Chức IC 555 tạo dao động, với tụ điện điện trở tạo thành mạch phóng nạp định tới chu kỳ đầu Trong này, mạch 555 có chức tạo xung với chu kì thích hợp để truyền đến khối báo động Đối với IC 555 thứ (U1) có chức tạo khoảng thời gian báo động theo ý muốn, cụ thể 10 phút Khi có tín hiệu từ khối cảm biến, chân U1 kích hoạt làm chân U1 lên mức cao tạo xung với độ lớn tính truyền xung cho IC 555 thứ hai (U4) hoạt động Nút reset báo động BT1 dùng để ngắt xung truyền từ U1 Đối với U4 có chức tạo xung vng có chu kỳ 2s khoảng thời gian với xung nhận từ U1 để kích liên tục cho mạch báo động phát tiếng cảnh báo “có trộm” đồng thời kích cho led D8 nhấp nháy theo 2.3.3 Khối báo động Theo yêu cầu để tài kết ngõ đề tài chống trộm âm báo “có trộm” Ở đây, nhóm em sử dụng IC ISD1820 để làm đối tượng nghiên cứu thi cơng IC có số tính sau: - Là IC dùng để ghi phát âm người dùng ghi vào Đoạn ghi âm lưu vào nhớ chip liệu lưu trữ đến 100 năm ghi/xóa lên đến 100.000 lần ghi tối đa 20s 18 - Dễ dàng sử dụng điều khiển thông qua chip vi điều khiển ❖ - Thông số kỹ thuật Nguồn nuôi - 5V IC khuếch đại 8Ω 16Ω cho loa Thời gian ghi âm: 20s Hình 2.8 Module mạch ghi phát âm ISD 1820 ❖ Sơ đồ nguyên lý Các thông số linh kiện sơ đồ mạch nhà sản xuất tính tốn sẵn datasheet, nên sơ đồ ngun lý khối báo động làm theo dựa datasheet 19 Hình 2.9 Sơ đồ ngun lý mạch thu phát âm ISD1820 ❖ Giải thích sơ đồ nguyên lý Mạch dùng IC ISD 1820 để thực chức thu phát âm thông qua chân điều khiển REC, PLAYE, PLAYL Chân REC dùng để ghi âm giữ Chân PLAYE nhấn lần phát hết đoạn ghi âm Chân PLAYL phát đoạn ghi âm chân giữ Chân PLAYE mắc với ngõ mạch định thời để nhận xung cho trình phát tiếng ghi âm, bải tiếng cảnh báo “có trộm” Với xung cấp chu kỳ 2s, sau 2s có xung tín hiệu mức cao truyền đến chân PLAYE có tiếng phát “có trộm” phát loa thơng qua chân SP mạch 2.3.4 Khối nguồn 20