tối ưu hóa hệ thống điều khiển ánh sáng dùng quang trở cho các ứng dụng đa dạng

Đối mặt với các yếu tố như tiết kiệm năng lượng, sự thuận tiện và bảo vệ môi trường, vấn đề sau có thể đặt ra: Vấn Đề Chính: Tối Ưu Hóa Hệ Thống Điều Khiển Ánh Sáng Dùng Quang Trở cho C

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

KHOA: ĐIỆN ĐIỆN TỬ -

-Đ N MÔN HỌC I NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

CHUYÊN NGÀNH TỰ ĐỘNG HÓA CÔNG NGHIỆP

Đ T I:

MẠCH ĐI U KHIỂN NH S NG DÙNG QUANG TRỞ

Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Quang Huy

Sinh viên thực hiện: 1, Nguyễn Đức Anh

2, Trần Đức Hùng

Lớp: 122221.2

1

Hưng yên - 2024 LỜI NDI ĐEU Ngày nay, con người cùng những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến của thế giới, chúng ta đã và đang ngày càng một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với đặc điểm nổi bật cũng như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ, là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày càng cao hơn

Hiện tại bản thân em là một sinh viên của trường,em đã được học tập và trau dồi kiến thức về những môn học chuyên ngành Tuy nhiên được học tập và thực hành nhiều trên lớp nhưng đó chỉ là một phần nào đó nhỏ bé so với kiến thức bên ngoài ngày nay và sau này khi ra trường chúng em sẽ gặp phải.Trong những năm học vừa qua em đã học hỏi và nghiên cứu, được sự giúp đỡ, chỉ bảo ân cần tận tình của các thầy cô em đã học được rất nhiều điều trong thực tế , tư vấn những tài liệu tham khảo để hoàn thành đồ án này Vì vậy sau khi cân nhắc và được sự góp ý của thầy cô em đã chọn đề tài : “ chế tạo Mạch điều khiển ánh sáng dùng quang trở ” Vì đây là lần đầu tiên viết báo cáo đồ án nên còn nhiều

sự thiếu sót, rất mong các thầy cô thông cảm

ChFng em xin trân thKnh cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiện :

Nguyễn Đức Anh

Trần Đức Hùng

2

MỤC LỤC

LỜI NDI ĐEU……….………

MỤC LỤC……….………

MỞ ĐEU……….……….

1 Đặt vấn đề……… ………5

2 Lý do chọn đề tài……… ……….6

3 Mục đích nghiên cứu……… ……… 6

4 Kết cấu……… ……….7

5 Phương pháp nghiên cứu……… ….7

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN V MẠCH ĐI U KHIỂN NH S NG DÙNG QUANG TRỞ

I.Các linh kiện được sử dụng trong mạch

1.1.Máy biến áp 8

1.2.Diode chỉnh lưu 8

1.3 Đèn Led 9

1.4 Điện trở 9

1.5 IC 7805 10

1.6 Tụ Hóa 11

1.7.Biến trở……….……… 11

1.8 Relay……… …………12

1.9 Transistor C2383……….… …… 13

2.0 Quang trở……… ……….14

II Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý hoạt động của mạch 2.1.Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý hoạt động……… ………15

2.2 Sơ đồ mạch in ……… 16

2.3 Mạch mô phỏng 3D……….16

CHƯƠNG 2 MẠCH HO N TH NH V ỨNG DỤNG ……….

3

I.Mạch hoàn thành 17 II.Ứng dụng 17,18

4

MỞ ĐẦU 1.Đặt vấn đề

Trong bối cảnh ngày càng tăng về sự tiện lợi và hiệu suất năng

lượng, việc phát triển một hệ thống điều khiển ánh sáng thông minh

và hiệu quả sử dụng quang trở là một thách thức quan trọng Đối mặt

với các yếu tố như tiết kiệm năng lượng, sự thuận tiện và bảo vệ môi

trường, vấn đề sau có thể đặt ra:

Vấn Đề Chính: Tối Ưu Hóa Hệ Thống Điều Khiển Ánh Sáng Dùng

Quang Trở cho Các Ứng Dụng Đa Dạng

- Điều Chỉnh Độ Sáng Tự Động: Làm thế nào chúng ta có thể tối

ưu hóa một hệ thống điều khiển ánh sáng dựa trên quang trở để tự

động điều chỉnh độ sáng theo điều kiện ánh sáng môi trường, không

chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn mang lại trải nghiệm thoải mái

cho người sử dụng?

- Kết hợp Với Công Nghệ IoT: Làm thế nào chúng ta có thể tích

hợp hệ thống điều khiển ánh sáng với công nghệ IoT để tạo ra một hệ

thống linh hoạt, có khả năng tương tác và có thể được quản lý từ xa

thông qua các thiết bị thông minh?

- Kiểm Soát Nhanh Chóng và Đáng Tin Cậy: Làm thế nào chúng

ta có thể đảm bảo rằng hệ thống điều khiển ánh sáng phản ứng nhanh

chóng và đáng tin cậy trong việc điều chỉnh độ sáng dựa trên biến

động của môi trường ánh sáng?

- Phát Triển Giao Diện Người Dùng Thân Thiện: Làm thế nào

chúng ta có thể phát triển một giao diện người dùng thân thiện để

người dùng có thể dễ dàng tương tác và tùy chỉnh hệ thống điều khiển

ánh sáng theo mong muốn cá nhân?

- Bảo Mật và Quyền Riêng Tư: Làm thế nào chúng ta có thể

đảm bảo an toàn và bảo mật thông tin khi tích hợp các tính năng

thông minh trong hệ thống điều khiển ánh sáng, đồng thời tôn trọng

quyền riêng tư của người dùng?

- Thích ứng với Môi Trường Ánh Sáng Khác Nhau: Làm thế nào

hệ thống có thể tự động thích ứng với các điều kiện ánh sáng khác

nhau như ánh sáng tự nhiên ban ngày và ánh sáng nhân tạo ban đêm

mà không làm ảnh hưởng đến trải nghiệm người dùng?

5

- Chế Tạo Chi Phí Hiệu Quả: Làm thế nào chúng ta có thể chế

tạo hệ thống với chi phí hiệu quả để đảm bảo tính khả thi và sự áp

dụng rộng rãi trong các ứng dụng gia đình và công nghiệp?

Những vấn đề trên mang lại cơ hội và thách thức cho những người

nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực mạch điều khiển ánh sáng sử

dụng quang trở Đối mặt với những yêu cầu ngày càng cao về hiệu

suất và tính linh hoạt, giải quyết những thách thức này sẽ đóng góp

vào sự tiến bộ của công nghệ điều khiển ánh sáng thông minh

2.Lý do chọn đề tài

Lựa chọn đề tài làm về mạch điều khiển ánh sáng bằng quang trở có

thể được định hình bởi một số lý do quan trọng sau:

- Sự phát triển công nghệ: Quang trở là một phần của sự tiến

bộ trong lĩnh vực vật liệu và điện tử Việc sử dụng chúng để điều khiển

ánh sáng đang trở nên phổ biến hơn trong các ứng dụng từ đèn chiếu

sáng thông minh đến các hệ thống tự động hóa

- Tiềm năng tiết kiệm năng lượng: Việc sử dụng quang trở để

điều khiển ánh sáng có thể mang lại tiết kiệm năng lượng lớn Bằng

cách tối ưu hóa việc sử dụng ánh sáng theo nhu cầu thực tế, chúng ta

có thể giảm lượng điện tiêu thụ một cách đáng kể

- Ứng dụng đa dạng: Mạch điều khiển ánh sáng bằng quang trở

có thể áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như trong công nghiệp,

nhà ở y tế và các khu vực công cộng Sự linh hoạt này tạo ra một

hướng nghiên cứu có tính ứng dụng cao

- Thách thức kĩ thuật: Việc thiết kế mạch điều khiển anshh

sáng bằng quang trở đòi hỏi sự kết hợp giữa kiến thức về điện tử, vật

liệu và lập trình Điều này mang lại cơ hội thách thức và phát triển kỹ

năng kỹ thuật cho người nghiên cứu

- Tiềm năng cải thiện môi trường sống: Việc tối ưu hóa việc

sử dụng ánh sáng thông qua các mạch điều khiển có thể góp phần vào

việc tạo ra môi trường thông minh, hiệu quả và thân thiện với môi

trường hơn

- Cơ hội đóng góp cho sự tiến bộ: Nghiên cứu về mạch điều

khiển ánh sáng bằng quang trở có thể đóng góp vào việc phát triển

công nghệ mới, giúp cải thiện hiệu suất và tính ứng dụng của các hệ

thống chiếu sáng

6

Chọn đề tài này mang lại cơ hội tìm hiểu sâu về các công nghệ mới,

đồng thời có thể góp phần vào việc cải thiện hiệu suất và tiết kiệm

năng lượng trong việc sử dụng ánh sáng

3.Mục đích nghiên cứu

Vận dụng kiến thức đã học để nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống tưới

tự động, từ đó đưa vào ứng dụng thực tiễn Giúp cho việc tưới tiêu cây trong ở nước ta

có những phương án mới và đạt được hiệu quả cao

4 Kết cấu

- Tổng quan về đề tài

- Giới thiệu các linh kiện sử dụng trong mạch điều khiển

- Kết quả và ứng dụng

5 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện nội dung đề tài nghiên cứu, em tiến hành phương pháp nghiên cứu sau: Các kết quả nghiên cứu kế thừa

- Kế thừa công trình nghiên cứu của các thế hệ trước về cơ sở lý thuyết của các phần mềm lập trình và mô phỏng

- Kế thừa các nghiên cứu có trong thực tiễn

Định hướng nghiên cứu

- Nghiên cứu phần mềm lập trình và mô phỏng trên máy tính

- Tìm ra các phần mềm lập trình đơn giản, dễ sử dụng, hiệu quả

Kiểm chứng

- Chạy thử mô hình nhiều lần, kiểm tra phát hiện lỗi và từ đó hoàn thiện hệ thống

7

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN V MẠCH ĐI U KHIỂN

NH S NG DÙNG QUANG TRỞ I.Các linh kiện được sử dụng trong mạch

1.1.Máy biến áp

- Thông số kỹ thuật

• Điện áp vào : 0V – 220V/1P

• Điện áp ra : 0V – 12V/1P

• Tần số : 50Hz /60Hz

• Công suất : 60VA – 5A

- Nguyên lý hoạt động : là một biến áp

cách ly

1.2.Diode chỉnh lưu RS507

8

Thông số kỹ thuật:

- Điện áp ngược cực đại: 1000V

- Dòng thuận cực đại: 5A

- Điện áp rơi thuận: 1V

- Dòng ngược: 500uA

- Dải nhiệt độ hoạt động: -55 C ~ 150 Co o

Diode cầu RS507glà diode chỉnh lưu cầu, có cấu tạo gồm 4 diode

được đóng gói trong một gói duy nhất, gồm 4 chân

1.3 Đèn Led

- LED (viết tắt của Light Emitting Diode , có nghĩa là điốt phát

quang) là các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử

ngoại Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại

P ghép với một khối bán dẫn loại N Với các ưu điểm: ánh sáng lớn, độ

bền cao và ít tiêu tốn điện năng,

9

- Led được sử dụng rộng rãi trên các lĩnh vực: quảng cáo ngoài

trời,bảng quảng cáo, đồng hồ cớ lớn đặt tại các biển quảng cáo tấm

lớn trên đường cao tốc,hệ thống đèn giao thông,biển chỉ dẫn,và các

sản phẩm khác như biển chạy chữ điện tử,bảng hệ thống giờ,bảng tỉ

giá, chứng khoán

1.4 Điện Trở

Điện trở là một linh kiện điện tử thụ động

Có tác dụng hạn chế dòng điện, khống

chế dòng điện

1.5 IC 7805

IC 7805 là một loại vi mạch ổn áp (voltage regulator) trong gia đình

78xx, được thiết kế để cung cấp một nguồn điện ổn định với điện áp

đầu ra là 5V Dưới đây là một số thông số kỹ thuật chính của IC 7805:

Điện áp đầu vào (Input Voltage): - Từ khoảng 7V đến 25V

10

- Điện áp đầu ra (Output Voltage): 5V.

- Dòng điện tối đa (Maximum Output Current): Thường là 1A,

tức là có thể cung cấp dòng điện đến 1A mà không làm giảm điện áp

đầu ra quá mức

- Nhiệt độ làm việc (Operating Temperature): Thường là từ 0

đến 125 độ C

Bảo vệ quá dòng và quá nhiệt độ (Overcurrent and Thermal

Protection): IC 7805 thường có chức năng bảo vệ quá dòng và quá

nhiệt độ để ngăn chặn hỏng hóc do điện áp quá cao hoặc dòng điện

quá tải

Công dụng của IC 7805:

Ổn định điện áp - : Chủ yếu, nó được sử dụng để biến đổi một

điện áp đầu vào không ổn định thành một nguồn điện ổn định 5V

- Nguồn cấp cho các vi mạch điện tử: IC 7805 thường được sử

dụng trong các dự án điện tử để cung cấp nguồn điện ổn định cho các

vi mạch và linh kiện khác

- Sạc pin: Có thể sử dụng IC 7805 để cung cấp nguồn điện ổn định

cho quá trình sạc pin

- Ứng dụng trong các dự án DIY: Vì tính đơn giản và hiệu quả

của nó, IC 7805 thường được sử dụng trong các dự án làm mô hình,

robot, hoặc các mạch điện tử tự chế

1.6 Tụ hóa 16v

- Thông số kỹ thuật :

• Điện áp : 16V

11

• Nhiệt độ hoạt động : -40°C >85°C

• Loại : Điện dung cố định

- Nguyên lý hoạt động : là khả năng nạp xả thông minh, ngăn điện áp 1 chiều, cho điện

áp xoay chiều lưu thông giúp truyền tín hiệu giữa các tầng khuyếch đại có chênh lệch điện thế.Tụ hoá còn có vai trò lọc điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều bằng phẳng bằng cách loại bỏ pha âm

1.7 Biến trở

Thông số kỹ thuật:

- Giá trị trở của biến trở, trong trường hợp này là 50k ohm

- Công suất: 2W

- Nhiệt độ làm việc: - 55 C đến o

125 C.o

7 Công dụng:

Biến trở được sử dụng trong mạch điều khiển ánh sáng dùng quang trở (photoresistor hoặc LDR - Light

Dependent Resistor) để điều chỉnh cường độ ánh sáng và kiểm soát

hoạt động của các thiết bị điện tử

1.8 Relay

Thông số kỹ thuật:

- Điện áp điều khiển: 12V

- Dòng điện cực đại: 10A

- Thời gian tác động: 10ms

- Thời gian nhả hãm: 5ms

- Nhiệt độ hoạt động: -45oC ~

75oC

12

Ứng dụng của relay 5 chân:

- Mạch chuyển đổi (Switching Circuit): Sử dụng để chuyển

đổi một mạch điện từ trạng thái mở sang đóng hoặc ngược lại,

tùy thuộc vào trạng thái ban đầu của relay

- Điều khiển thiết bị điện từ xa: Relay có thể được sử dụng

để điều khiển các thiết bị từ xa bằng cách sử dụng tín hiệu

điện áp thấp ở chân cuộn relay

- Bảo vệ thiết bị: Relay có thể được sử dụng để bảo vệ thiết bị

khỏi các điện áp quá cao hoặc quá thấp bằng cách ngắt mạch

khi điều kiện không an toàn xảy ra

- Ứng dụng trong ô tô: Trong ô tô, relay thường được sử dụng

để điều khiển các thiết bị như đèn, quạt làm mát, hay cả hệ

thống khởi động

- Tự động hóa: Relay thường được sử dụng trong các ứng dụng

tự động hóa để kiểm soát các thiết bị và quy trình

- Mạch bảo vệ chống quá tải: Sử dụng để ngắt mạch khi

dòng điện vượt quá giới hạn an toàn Điều khiển motor: Relay

có thể được sử dụng để kiểm soát motor hoặc thiết bị điện

khác trong các ứng dụng công nghiệp

1.9.Transistor C2383

13

Tính năng và thông số kỹ thuật của 2SC2383

Tên mã: C2383

Loại transistor: NPN

Nhiệt độ lưu trữ và hoạt động tối đa từ -55 độ C đến +150 độ C

Cách hoạt động của transistor NPN (cơ bản):

- Transistor NPN (Negative-Positive-Negative) bao gồm ba lớp chất

bán dẫn: Collector (C), Base (B), và Emitter (E) Nó hoạt động như một

công tắc hoặc bộ khuếch đại dòng

- Khi không có dòng điện vào chân B (Base): Không có dòng chảy từ

Collector đến Emitter, và transistor làm ngăn chặn dòng này

- Khi có dòng nhỏ vào chân B: Dòng cơ bản này kích thích transistor,

cho phép dòng lớn hơn chảy từ Collector đến Emitter

- Dòng lớn Collector-Emitter được kiểm soát bởi dòng nhỏ

Base-Emitter: Hệ số truyền dẫn (Hfe hoặc Beta) thể hiện tỷ lệ giữa dòng

Collector và dòng Base

Ứng dụng phổ biến của transistor:

- Bộ khuếch đại: Sử dụng để tăng cường tín hiệu điện

- Công tắc điện tử: Sử dụng làm công tắc điều khiển dòng điện lớn

thông qua dòng nhỏ

- Biến đổi tín hiệu: Dùng trong các mạch lọc và tạo sóng

- Stabilizers (ổn định áp): Sử dụng trong mạch ổn định áp

- Các mạch logic điện tử: Sử dụng trong các mạch logic cơ bản

- Amplifiers RF (Tín hiệu Tần số cao): Sử dụng trong mạch khuếch

đại tín hiệu sóng vô tuyến

2 Quang trở

14

Sơ lược về cảm biến ánh sáng hay quang trở :

- Quang trở LDR (Light Dependent Resistors) Điện trở phụ thuộc vào

ánh sáng: là một loạicảm biến ánh sáng đơn giản, nguyên tắc hoạt

động dựa vào hiện tượng quang điện trong Nguyên lý làm việc của

quang điện trở là khi ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn (có thể

làCadmium sulfide – CdS, Cadmium selenide – CdSe) làm phát sinh các

điện tử tự do, tức sựdẫn điện tăng lên và làm giảm điện trở của chất

bán dẫn Các đặc tính điện và độ nhạy củaquang điện trở tùy thuộc

vào vật liệu chế tạo

- Khi ánh sáng kích thích chiếu vào LDR thì nội trở của LDR sẽ giảm

xuống, tiến về 0Ω (mạch kín)

Nhưng khi ánh sáng kích thích ngừng thì nội trở tăng đến vô cùng(hở

mạch)

15

II Sơ đồ nguyên lý vK nguyên lý hoạt động của mạch

2.1.Sơ đồ nguyên lý vsf nguyên lý hoạt động

- Mạch điều khiển ánh sáng sử dụng quang trở hoạt động dựa trên

nguyên lý thay đổi điện trở của quang trở khi đối mặt với ánh sáng

16

2.2 Sơ đồ mạch in

2.3 Mạch mô phỏng 3D

17

CHƯƠNG 2.MẠCH HO N TH NH V ỨNG DỤNG

I.Mạch hoàn thành

II.Ứng dụng

18

Mạch điều khiển ánh sáng sử dụng quang trở là một phần quan trọng

của hệ thống tự động hóa ánh sáng và có nhiều ứng dụng trong các

lĩnh vực khác nhau Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của mạch

này:

- Điều khiển đèn tự động: Mạch điều khiển ánh sáng với quang

trở thường được sử dụng để tự động bật/tắt đèn dựa trên mức độ ánh

sáng trong môi trường xung quanh Nó có thể điều chỉnh đèn theo

mức ánh sáng tự nhiên để tiết kiệm năng lượng

- Chiếu sáng công cộng: Trong các khu vực như đường phố, công

viên, và các khu vực công cộng khác, mạch điều khiển ánh sáng có

thể được tích hợp để tự động điều chỉnh đèn chiếu sáng dựa trên điều

kiện ánh sáng xung quanh

- Quản lý năng lượng trong các tòa nhà: Mạch có thể được sử

dụng trong hệ thống chiếu sáng của các tòa nhà để điều chỉnh đèn

dựa trên sự có mặt của người và mức ánh sáng tự nhiên, giúp tối ưu

hóa năng lượng tiêu thụ

- Hệ thống đèn an ninh: Mạch điều khiển ánh sáng cũng có thể

được tích hợp vào hệ thống an ninh, tự động bật đèn khi cảm biến

phát hiện chuyển động hoặc khi có sự can thiệp không mong muốn

- Chiếu sáng thông minh trong nhà: Trong các hệ thống chiếu

sáng thông minh trong nhà, mạch quang trở có thể là một phần của

các bộ điều khiển thông minh để điều chỉnh đèn theo các yêu cầu cụ

thể hoặc theo lịch trình

- Chiếu sáng trong ngành công nghiệp: Trong môi trường công

nghiệp, mạch điều khiển ánh sáng có thể được sử dụng để quản lý

chiếu sáng tại các khu vực làm việc, tăng cường hiệu suất lao động và

giảm tiêu thụ năng lượng

- Hệ thống chiếu sáng ô tô: Trong ô tô, mạch điều khiển ánh

sáng với quang trở có thể được sử dụng để tự động điều chỉnh đèn pha

dựa trên điều kiện môi trường và góc nhìn của người lái

- Đèn hậu tự động trên đường sắt: Trên đường sắt, mạch điều

khiển ánh sáng có thể được tích hợp vào đèn hậu của các tàu để tự

động bật/tắt hoặc điều chỉnh độ sáng dựa trên điều kiện môi trường và

tình trạng hoạt động

19