Một trong những ứng dụng rất quan trọng trong ngành điện điện tử là các mạch cảm biến với các linh kiện tích hợp cao. Mạch cảm biến được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp và trong cuộc sống sinh hoạt hằng ngày của chúng ta với những thiết bị điều khiển từ xa tinh vi đạt năng suất cao đem lại thuận lợi cho con người. Xuất phát từ những ứng dụng đó em xin trình bày đề tài: “ Mạch cảm biến âm thanh – điều khiển đèn bằng tiếng vỗ tay”.
z TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN ĐỀ TÀI: Mạch cảm biến âm – điều khiển đèn tiếng vỗ tay” Giảng viên hướng dẫn: Ngô Lê Minh Tâm Sinh viên thực hiện: Đoàn Văn Sơn Nguyễn Ánh Huệ MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠCH 1.1 Lý chọn đề tài mục đích đề tài 1.2 Mục tiêu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 2.1 Điện trở 2.2 LED 2.3 Diode 1N4007 2.4 Tranzitor BC 547 2.5 Relay CHƯƠNG III : THIẾT KẾ MẠCH 11 3.1 Phần mềm sử dụng : Proteus 11 3.2 Sơ đồ khối 12 3.4 Sơ dồ mạch in 14 3.5 Nguyên lý hoạt động 14 3.6 Mạch thực tế 15 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 16 Ưu điểm 16 Nhược điểm 16 Hướng phát triển: 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO 17 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Kí hiệu điện trở Hình 2.2 Hình ảnh điện trở Hình 2.3 Hình ảnh kí hiệu Led Hình 2.4 Kí hiệu hình ảnh diode Hình 2.5 Cấu tạo BC547 Hình 2.6 Ký hiệu hình ảnh BC547 Hình 2.7 Hình ảnh relay Hình 2.8 Ký hiệu relay Hình 2.9 Ký hiệu chân IC 4017 Hình 3.1 Sơ đồ khối 12 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý 13 Hình 3.3 Sơ đồ mạch in 14 Hình 3.3 Sơ đồ mạch thực tế 15 LỜI MỞ 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…đây 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 đòi hỏi không ngừng ngành, lĩnh vực khác nhu cầu thiết yếu người sống hàng ngày Một ứng dụng quan trọng ngành điện điện tử mạch cảm biến với linh kiện tích hợp cao Mạch cảm biến ứng dụng nhiều công nghiệp sống sinh hoạt ngày với thiết bị điều khiển từ xa tinh vi đạt suất cao đem lại thuận lợi cho người Xuất phát từ ứng dụng em xin trình bày đề tài: “ Mạch cảm biến âm – điều khiển đèn tiếng vỗ tay” Với hướng dẫn tận tình giáo Ngơ Lê Minh Tâm cùng kiến thức học từ thầy cơ, học hỏi từ bạn bè tự tìm hiểu, em hoàn thành đề tài Do kiến thức cịn hạn hẹp, nên q trình làm cịn nhiều sai sót đề tài chưa phát triển cách hồn hảo Mong nhận góp ý từ thầy cô bạn bè để sản phẩm em hoàn thiện CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠCH 1.1 Lý chọn đề tài mục đích đề tài Trở nhà mà phòng mà tối om việc lần mị cơng tắc để bật đèn thật khó khăn Hay đơn giản bạn vừa lên giường ngủ nhận quên chưa tắt điện Bạn gặp phải tình hai tình chưa? Giờ bạn có để ung dung lên giường ngủ tắt đèn Hay dẫn đám bạn nhà chơi vỗ tay để bật đèn cho bạn “mắt chữ A mồm chữ O” Với “Mạch cảm biến âm – điều khiển đèn tiếng vỗ tay” giúp giải bất tiện Nó mang đến hiệu cao công việc sinh hoạt ngày 1.2 Mục tiêu - Tìm hiểu cấu tạo nguyên lý hoạt động IC4017 - Mơ mạch máy tính - Thiết kế thi công mạch 1.3 Đối tượng nghiên cứu - “Mạch cảm biến âm thanh-điều khiển đèn tiếng vỗ tay” - Các phần mềm vẽ mô mạch - Các linh kiện điện tử - Các cách hàn mạch thi công mạch 1.4 Phương pháp nghiên cứu Tìm hiểu nhu cầu người sử dụng đề tài nghiên cứu Lựa chọn phương pháp nghiên cứu đề tài Tìm hiểu linh kiện sử dụng mạch Thực thiết kế mạch Kiểm tra hoạt động mạch CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 2.1 Điện trở - Điện trở:Điện trở đại lượng vật lí biểu thị đặc tính cản trở dịng điện vật có khả cho dịng điện chạy qua Hình 2.1 Kí hiệu điện trở 2.2 Hình 2.2 Hình ảnh điện trở LED - LED(viết tắt Light Emitting Diode, có nghĩa điốt phát quang) điốt có khả phát ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống điốt, LED cấu tạo từ khối bán dẫn loại p ghép với khối bán dẫn loại n Hình 2.3 Hình ảnh kí hiệu LED 2.3 Diode 1N4007 -Diode 1N4007 diode silic chỉnh lưu phổ biến 1A thường sử dụng adapter AC cho thiết bị gia dụng thông thường Diode 1N4007 chịu điện áp tối đa lên đến 1000V Dòng điện cực đại qua diode 1N4007 1A, dịng cao gây nóng cháy diode - Tuy nhiên, Diode 1N4007 dòng diode có tốc độ chỉnh lưu thấp, hiệu điện đầu nhấp nhô Để giảm nhấp nhô hiệu điện thể đầu nên gắn thêm tụ lọc song song với tải - Khi ráp mạch cần ý, tránh dùng nguồn chỉnh lưu 1N4007 cung cấp cho thiết bị điện tử gây nhiễu, méo, sai lệch tín hiệu hỏng thiết bị, nguồn dùng chạy motor DC, đèn dây tóc, nạp acquy Hình 2.4 Kí hiệu hình ảnh Diode 2.4 Tranzitor BC 547 - Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với hình thành hai mối tiếp giáp P-N, ghép theo thứ tự PNP ta Transistor thuận, ghép theo thứ tự NPN ta Transistor ngược; phương diện cấu tạo Transistor tương đương với hai Diode đấu ngược chiều (khơng có nghĩa ta dùng diode ghép thành transistor) Hình 2.5 Cấu tạo BC547 - Ba lớp bán dẫn nối thành ba cực, lớp gọi cực gốc ký hiệu B ( Base ), lớp bán dẫn B mỏng có nồng độ tạp chất thấp - Hai lớp bán dẫn bên nối thành cực phát (Emitter ) viết tắt E, cực thu hay cực góp (Collector ) viết tắt C, vùng bán dẫn E C có cùng loại bán dẫn (loại N hay P ) có kích thước nồng độ tạp chất khác nên khơng hốn vị cho Hình 2.6 Kí hiệu hình ảnh BC547 2.5 Relay - Relay(Rơ-le) chuyển mạch hoạt động điện Dòng điện chạy qua cuộn dây rơle tạo từ trường hút lõi sắt non làm thay đổi công tắc chuyển mạch Dịng điện qua cuộn dây bật tắt rơle có hai vị trí chuyển mạch qua lại - Các chân đấu nối chân chuyển mạch rơle thường ký hiệu COM (POLE), NC NO: - COM/POLE = chân chung, nơi kết nối đường cấp nguồn chờ - NC điểm thường đóng, chân COM/POLE kết nối với NC cuộn dây rơle không nhiễm từ (khi đầu cuộn dây không cấp điện) - NO = điểm thường mở, COM/POLE kết nối với NO cuộn dây rơle từ hóa (được cấp điện) Hình 2.7 Hình ảnh Relay Hình 2.8 Kí hiệu Relay 2.6 IC 4017 - IC 4017 ic đếm thập phân tức đếm hệ 10, đếm xung clock Khi ta đư tín hiệu xung vào chân clock ic đếm xung xuất 10 output tương ứng với xung clock Hình 2.9 Kí hiệu chân IC 4017 - Trong đó: + 10 ngõ riêng biệt , 2, 4, 7, 10, 1, 5, 6, 9, 11 + Chân số 16 chân nguồn Vcc + Chân số chân nối mass + Chân số 12 chân chia hệ + Chân số 14 ngõ vào xung CLOCK + Chân số 13 chân ENABLE + Chân số 15 chân RESET 10 CHƯƠNG III : THIẾT KẾ MẠCH 3.1 Phần mềm sử dụng : Proteus Proteus Labcenter Electronics phần mềm mô mạch điện ưa thích So với phầm mềm mơ mạch điện tử khác, Proteus có nhiêu ưu điểm trội : mô nhiều linh kiện điện tử cà thiết bị hiển thị, kết mô trực quan mạch điện tử thật Và tính mà chúng ta, người học vi điều khiển quan tâm khả mô chip vi điều khiển với chương trình người dùng nạp Proteus hỗ trợ nhều chip vi điều khiển 8051, AVT, PIC, HC11,… Vì vậy, em chọn Proteus làm phần mềm thiết kế cho đề tài Mạch cảm biến âm – điều khiển đèn tiếng vỗ tay” 11 3.2 Sơ đồ khối Khối nguồn Khối cảm biến Khối khuếch đại Khối giải mã Khối hiển thị Hình 3.1 Sơ đồ khối 12 Khối Nguồn: Nơi cung cấp nguồn cho mạch hoạt động gồm nguồn 5V DC nguồn 220V AC Khối cảm biến: Gồm cảm biến âm sử dụng để biến đổi tín hiệu âm thành tín hiệu điện cung cấp cho mạch Khối Khuếch Đại: Gồm tranzitor (BJT) dùng để thay đổi biên độ tín hiệu tăng biên độ tính yếu tố gọi hàm truyền, tỷ lệ đầu đầu vào cung cấp cho khuếch đại Khối Giải Mã: Là IC 4017 có mã số áp vào ngõ vào tương ứng có ngõ tác động, mà ngõ vào thường ngõ Khối Hiển Thị: Gồm bóng đèn Led sau mạch chạy khối hiển thị giúp quan sát mạch hoạt động 3.3 Sơ đồ ngun lí Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lí 13 3.4 Sơ dồ mạch in Hình 3.3 Sơ đồ mạch in 3.5 - Nguyên lý hoạt động Mạch hoạt động với nguồn cung cấp DC 5V, dùng thêm nguồn AC 220V để cung cấp cho đèn 220V - Trạng thái ban đầu: Mặc định Output chân số IC4017 mức tín hiệu cao nên LED sáng Cổng POLE RELAY nối với cổng NC nên đèn 220V sáng - Khi MIC nhận tiếng vỗ tay lần thứ nhất, tín hiệu âm thu chyển sang tín hiệu điện - Tín hiệu khuếch đại Tranzitor BC547 sau đưa vào CLOCK chân số 14 IC 4017 - Lúc Output chân số từ mức tín hiệu cao chuyển sang mức tín hiệu thấp làm0020LED tắt - Đồng thời Output chân số từ mức tín hiệu thấp chuyển sang mức tín hiệu cao Sau khuếch đại Tranzitor BC547 truyền đến cho RELAY hoạt 14 động, RELAY chuyển cổng POLE nhảy sang nối với cổng NO(đang nối với nguồn xoay chiều 220V) lúc đèn 220V tắt - Khi MIC nhận tiếng vỗ tay thứ Output chuyển sang mức tín hiệu thấp, Output chân số từ mức tín hiệu thấp chuyển sang mức tín hiệu cao Lúc Output nối với chân RESET số 15 chuyển mạch sang trang thái ban đầu 3.6 Mạch thực tế Hình 3.4 Sơ đồ mạch thực tế 15 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Ưu điểm - Đạt mục tiêu đề ban đầu đề tài nghiên cứu - Sản phẩm hoạt động nguyên lý - Thiết kế đơn giản, nhỏ gọn - Giá thành thấp - Khả ứng dụng cao Nhược điểm - Trong môi trường nhiều tạp âm, sản phẩm hoạt động chưa ổn định - Độ thẩm mĩ sản phẩm chưa cao Hướng phát triển: - Đảm bảo cho mạch hoạt động tốt môi trường nhiều tạp âm - Đưa sản phẩm từ mơ hình vào thực tế sống - Từ mạch cảm biến âm điều khiển đèn tiếng vỗ tay phát triển thành mạch cảm biến âm điều khiển quạt, số thiết bị khác… 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách tham khảo TS Nguyễn Viết Nguyên- Sách “Linh kiện điện tử”,2018 Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo- Sách “Giáo Trình Kỹ Thuật Số”,2003 PGS.TS Lê Văn Doanh Sách Điện Tử Cơng Suất- Tính Tốn- Mơ Phỏng- Thực Hành,2007 Các web tham khảo http://tapit.vn/dieu-khien-thiet-bi-thong-qua-vo-tay-bang-cam-bienthanh/ http://homematic.vn/san-pham/cong-tac-cam-ung-am-thanh-vo-taybat-tat-den-srs01 https://www.youtube.com/watch?v=Dyu054L7GM0 17