đồ án môn học đề tài thiết kế chế tạo mạch chốm trộm sử dụng ic ne555

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điệntử mà trong đó là kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa họckỹ thuật, quản lý, tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

Nguyễn Văn VĩnhLỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điệntử mà trong đó là kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa họckỹ thuật, quản lý, tự động hóa do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó mộtcách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển của khoa học kỹ thuật thế giớinói chung và sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng.

Xuất phát từ những đợt đi thực hành, thăm quan các xí nghiệp sản xuất và cácnhà máy, chúng em đã thấy được nhiều khâu tự động hóa trong quá trình sản xuất.Một trong những khâu đơn giản trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là sốlượng sản phẩm làm ra được đếm một cách tự động.tuy nhiên đối với những doanhnghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa chưa được áp dụng trong những khâu đếmsản phẩm, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công.

Chúng em là những sinh viên năm thứ 2 của trường ĐH SPKT Hưng Yên Từnhững điều đã được thấy đó và những kiến thức đã được thầy cô dạy bảo, tìm tòihọc hỏi trong thực tế chúng em muốn làm một điều gì đó để góp phần giúp ngườilao động bớt mệt nhọc chân tay mà lại cho phép tăng hiệu suất lao động lên nhiềulần,đồng thời đảm bảo độ chính xác cao Nên chúng em quyết định thiết kế mộtmạch đếm sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế đồng thời cũng là một lần chúngem thực tập, vận dụng kiến thức đã được học để thiết kế và chế tạo ra một sản phẩmcó thể được đem ứng dụng rộng rãi,đóng góp một phần nhỏ cho xã hội

Dưới sự hướng dẫn của thầy NGUYỄN VĂN VĨNH nhóm sinh viên chúng em

thực hiện đề tài: “Thiết kế, chế tạo chống trộm” Trong quá trình hoàn thành đề tài

này chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô trong khoa Điện – Điện tử và đặc biệt

là thầy NGUYỄN VĂN VĨNH đã giúp đỡ chúng em Do thời gian hoàn thành và kiến

thức còn hạn chế nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót và chưa hợp lý,chúng em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của thầy cô và bạn bè để đề tài nàyđược hoàn thiện hơn.

Chúng em xin trân thành cảm ơn!

2.7 Led thu phát hồng ngoại 15

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM 17

3.1 Khối nguồn 17

3.2 Khối phát tín hiệu hồng ngoại 17

3.3 Khối thu tín hiệu hồng ngoại và phát tín hiệu báo động 17

3.4 Thi công mạch 18

3.5 Sơ đồ sắp xếp linh kiện: 18

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 19

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠCH ỨNG DỤNG VÀ Ý TƯỞNGTHỰC HIỆN

1.1 Tổng quan về mạch.

Với yêu cầu của đề tài chúng em đã nghiên cứu, tính toán và đưa ra linh kiệncần dùng trong mạch đó là:tụ điện, IC7812, điện trở, NE555, Transitor, led thu vàled phát hồng ngoại, còi báo, led Với những linh kiện này chúng em đã dược sự

chấp nhận của giáo viên hướng dẫn thiết kế và chế tạo thành công mạch “Mạch

chống trộm sử dụng IC NE555”.

1.2 Ý tưởng thực hiện.

Trong thời đại hiện nay, dưới sự bùng nổ và phát triển của công nghệ Đặc biệtlà ngành Điện-Điện tử thì những mạch ứng dụng vào thực tế càng nhiều Ngày nayvới sự phát triển của công nghệ kỹ thuật với tình trạng trộm diễn ra ngày càng nhiều Trước những yêu cầu đòi hỏi cấp thiết của cuộc sống Nhóm đồ án chúng em đã

bắt tay vào tìm hiểu và thiết kế “Mạch chống trộm sử dụng IC NE555”.

Dưới sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Vĩnh và các thầy cô giáo trong khoa

đã giúp đỡ chúng em thực hiện ý tưởng này.

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG MẠCH

2.1 Máy biến áp

** Khái niệm:

Máy biến áp là thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ,biến đổi 1 hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành 1 hệ thống dòng điệnở điện áp khác với tần số không thay đổi.

Do vậy máy biến áp chỉ làm nhiệm vụ truyền tải hoặc phân phối năng lượng chứkhông biến đổi năng lượng.

Nếu 1 cuộn dây được đặt vào 1 nguồn điện áp xoay chiều (gọi là cuộn dây sơ cấp),thì sẽ có 1 từ thông sinh ra với biên độ phụ thuộc vào điện áp sơ cấp và số vòng dâyquấn sơ cấp.

Từ thông này sẽ mắc vào các cuộn dây quấn khác: (cuộn dây thứ cấp) và cảm ứngtrong cuộn dây thứ cấp có 1 sức điện động mới, có giá trị phụ thuộc vào số vòngdây quấn thứ cấp.

Với tỷ số tương ứng giữa số vòng dây quấn sơ cấp và thứ cấp, chúng ta sẽ có tỉ lệtương ứng giứa điện áp sơ cấp và thứ cấp.

**Cấu tạo máy biến áp

Máy biến áp có những bộ phận chính sau: + Lõi thép (mạch từ), dây quấn và vỏ máy.

Lõi máy biến áp dùng làm mạch từ, để dẫn từ thông, đồng thời làm khung để đặtdây quấn Thông thường để giảm tổn haodo dòng điện xoáy sinh ra, lõi thép cấu tạogồm các lá thép kỹ thuật điện (tole silic) dày 0.35mm ghép lại đối với máy biến áphoạt động ở tần số đến vài trăm HZ.

Hình 2 1 Cấu tạo máy biến áp**Phân loại máy biến áp:

Máy biến áp có thể phân làm nhiều loại khác nhau dựa vào:+ Cấu tạo: như máy biến áp 1 pha, 3 pha, tự ngẫu…

+ Chức năng: biến đổi điện áp, cách ly, ghép…+ Cách thức cách điện

+ Công suất hay hiệu điện thế

+ Tần số: âm tần, trung tần hay cao tần**Ứng dụng của máy biến áp:

+ Truyền tải điện năng: dùng các máy biến áp (biến thế) tăng áp và giảm áp đểtruyền tải điện từ nhà máy điện đến nơi tiêu thụ.

+ nấu chảy kim loại: như mỏ hàn là dụng cụ tiêu biểu cho ứng dụng này, phục vụhữu ích cho ngành điện.

c.Phân loại điên trở

- Phân loại theo cấu tạo có 3 loại cơ bản:

+ Than ép: loại này có công suất < 3W và hoạt động ở tần số thấp.+ Màng thanloại này có công suất > 3W và hoạt động ở tần số cao.+ Dây quấn: loại này có công suất > 5W và hoạt động ở tần số thấp.- Phân loại theo công suất:

+ Công suất nhỏ: có kích thước nhỏ nhất.+ Công suất trung bình: có kích thước lớn hơn.+ Công suất lớn: có kích thước lớn nhất.

- Lưu ý: + Kích thước càng lớn khả năng tản nhiệt càng nhiều và ngược lại.+ Khi ghép nối hay thay thế điện trở ta chọn loại có cùng công suất.

d.Hình dạng thực tế một số loại điện trở

Điện trở thường Điện trở công suất Biến trở

Hình 2 3 Hình dạng thực của điện trởMã màu của điện trở

a.Điện trở 4 vạch màu

Tên màu Vạch 1 Vạch 2 Vạch 3 (hệ số nhân)

Vạch 4(sai số)

Tụ không phâncực

Tụ hóa có phân cực Tụ hóa không phâncực

Tụ biến dung và tụvi chỉnh

Hình 2 5 Ký hiệu của điện trở

c Phân loại tụ điện

- Có rất nhiều phương pháp phân loại tụ điện nhưng ở đây ta dựa trên cơ sở chấtchế tạo bên trong tụ điện:

+ Nhóm tụ mica,tụ seelen,tụ ceramic nhóm này làm việc ở khu vực tần số cao tần + Nhóm tụ sứ,sành,giấy,dầu: nhóm này hoạt động ở khu vực tần số trung bình + Tụ hóa hoạt động ở khu vực có tần số thấp.

d.Đặc điểm của tụ điện

+ Dùng để nạp, xả điện,chỉ cho tín hiệu xoay chiều đi qua ngăn tín hiệu 1 chiều + Khả năng nạp xả nhiều hay ít phụ thuộc vào điện dung C của tụ.

+ Đơn vị đo điện dung ở mạch điện tử gồm: pF;nF; µF.

+ Khi sử dụng ta cần quan tâm tới: điện dung của tụ và điện áp của tụ (cho biết giớihạn chịu đựng của tụ ).

C=0.01 µFU=50V

C=1500pFU=1,5 kV

C=100 µFU=50V

H.6C=10 µFU=16V

C=1000 µFU=25V

Hình 2 6 Hình dạng và giá trị của một số tụ điệnh dạng và giá trị của tụ điện

+ Cũng tương tự như điện trở tùy thuộc vào kích thước của tụ mà người ta có thểghi trực tiếp giá trị của tụ nên thân tụ (H4, H5, H6, H7).

+ Nếu tụ nhỏ người ta có thể quy ước như H1, H2, H3 + Với tụ 104 thì tương ứng là 10.104 đơn vị tính là pF + Với tụ ghi 2 số thì đọc trực tiếp giá trị đơn vị là nF + Với tụ 01 thì tương ứng là 0.01 và đơn vị là µF.

2.3.2 XÁCĐỊNHCHẤTLƯỢNGTỤĐIỆN

- Dùng thang đo Ohm của đồng hồ vạn năng chỉ thị kim + Khi đo tụ > 100 µF: chọn thang đo x1.

+ Khi đo tụ 10 µF đến 100 µF: chọn thang đo x10 + Khi đo tụ 104 đến 10 µF: chọn thang đo x1 + Khi đo tụ 102 đến 104: chọn thang đo x1.Cách đo: đo 2 lần có đảo chiều que đo.

+ Nếu kim vọt lên rồi trả về hết: khả năng nạp xả của tụ còn tốt + Nếu kim vọt lên 0 Ω: tụ bị nối tắt (bị đánh thủng, chạm chập) + Nếu kim vọt lên rồi trả về không hết: tụ bị rò rỉ.

+ Nếu kim vọt lên và trả về lờ đờ: tụ bị khô + Nếu kim không lên: tụ bị đứt.

2.4 IC 7812

7812 hay LM7812 là IC điều chỉnh điện áp dương gói TO-220 thuộc dòngLM78xx được sản xuất bởi nhiều hãng linh kiện điện tử khác nhau IC cung cấpđiện áp đầu ra cố định 12V bất kể điện áp đầu vào dao động hoặc thay đổi liên tụchoặc cao hơn 12V nhưng điện áp đầu vào không được quá 35V, đây là giới hạn điệnáp đầu vào tối đa mà IC này có thể xử lý Hơn nữa điện áp đầu vào không được nhỏhơn 14V, đó là yêu cầu điện áp đầu vào tối thiểu của IC để cung cấp đầu ra cố định12V Mặc dù IC này được thiết kế cho đầu ra cố định nhưng đầu ra cũng có thể điềuchỉnh được nếu bạn cần bằng hai điện trở bên ngoài ở đầu ra, chi tiết có thể tìm thấybên dưới trong bài viết này.

Trong quá trình sử dụng, khi IC thực hiện điều chỉnh điện áp hoặc giảm điện ápđầu vào, tất cả sự chênh lệch điện áp giữa điện áp đầu vào và đầu ra được chuyểnthành nhiệt do đó cần phải có một bộ tản nhiệt phù hợp để IC hoạt động bìnhthường IC có thể xử lý tải tối đa 1A đến 1,5A nhưng dòng đầu vào phải là 2A để có1A đến 1,5A ở đầu ra.

Các tính năng / Thông số kỹ thuật của IC 7812

 Gói TO-220

 Dòng điện đầu ra là 1,5 Ampe

 Chức năng tắt ngắn mạch ngay lập tức Chức năng tắt nhiệt ngay lập tức Giá rẻ

 Xác thực để sử dụng trong các thiết bị thương mại Đầu ra 12V chính xác và cố định

 Điện áp đầu vào tối đa là 35V DC Dòng điện chờ thấp chỉ 8mA

nhanh, chính xác nên transistor được sử dụng nhiều trong ứng dụng tương tự và sốnhư: mạch khuếch đại, điều chỉnh điện áp, tạo dao động và điều khiển tín hiệu.

Tên gọi transistor là từ ghép trong Tiếng Anh của “Transfer” và “resistor” tức làđiện trở chuyển đổi Tên gọi này được John R Pierce đặt năm 1948 sau khi linhkiện này ra đời Nó có ý nghĩa rằng thực hiện khuếch đại thông qua chuyển đổi điệntrở.

Về mặt cấu tạo, tranzito được tạo thành từ hai lớp bán dẫn điện ghép lại với nhau.Như hình trên chúng ta có thể thấy có hai loại bán dẫn điện là loại p và loại n Khighép một bán dẫn điện âm nằm giữa hai bán dẫn điện dương ta được Transistor loạiPNP Còn khi ghép một bán dẫn điện dương nằm giữa hai bán dẫn điện âm ta đượcTranzito NPN Chính vì thế Transistor được chia ra làm 2 loại là NPN và PNP.

2.6 IC NE555

A, Giới thiệu

IC định thời 555 được giới thiệu vào năm 1970 bởi Signetic Corporation và đãđặt tên cho bộ đếm thời gian SE / NE 555 Về cơ bản, nó là một mạch định thờinguyên khối tạo ra độ trễ hoặc dao động thời gian chính xác và rất ổn định Khi sosánh với các ứng dụng của op-amp trong cùng vùng làm việc, 555 IC cũng đáng tincậy không kém và có giá thành rẻ Ngoài các ứng dụng của nó như là một bộ daođộng đơn ổn và bộ dao động bất ổn, bộ định thời 555 cũng có thể được sử dụngtrong bộ chuyển đổi nguổn dc-dc, đầu dò logic số, máy phát sóng, máy đo tần sốtương tự và máy đo tốc độ, máy đo và điều chỉnh nhiệt độ, bộ điều chỉnh điện áp,v.v IC được thiết lập để hoạt động ở một trong hai chế độ “one-shot” - đơn ổn(monostable) hoặc dưới dạng dao động tự do - dao động bất ổn (astable) SE 555 cóthể được sử dụng ở nhiệt độ trong khoảng từ - 55°C đến 125° NE 555 có thể đượcsử dụng trong phạm vi nhiệt độ từ 0° đến 70°C.

Các thông số quan trọng của bộ định thời 555 là:

· Nó hoạt động ở mức điện áp từ +5 V đến +18 V.· Dòng tải là 200 mA.

· Các linh kiện được mắc bên ngoài phải được chọn đúng để có thể thực hiện trongkhoảng thời gian vài phút với tần số vượt quá vài trăm KHz.

· Đầu ra của bộ định thời 555 có thể điều khiển các transistor-transistor logic(TTL) do đầu ra dòng điện cao.

· Nó có độ ổn định nhiệt độ 50 phần triệu (ppm) trên mỗi độ C khi nhiệt độ thayđổi, hoặc tương đương 0,005% / °C.

· Chu kỳ làm việc của bộ định thời có thể được điều chỉnh.

· Công suất tiêu thụ tối đa trên mỗi IC là 600 mW Các đầu vào kích hoạt (Trigger )và đặt lại (Reset) của nó cùng mức logic Nhiều thông số còn lại đã được liệt kêtrong bảng dữ liệu.

2 Cấu hình chân của IC

Các loại IC định thời 555 như kim loại 8 chân, loại 8 chân hoặc một loại 14 châncấu hình chân như hình trên IC này bao gồm 23 transistor, 2 điốt và 16 điện trở.Các chân được sử dụng dưới đây đề cập đến các loại kim loại 8 chân và loại 8 chânthường Các chân này sẽ được giải thích chi tiết, và bạn sẽ có cái nhìn tổng quanhơn sau khi đọc qua toàn bộ bài viết.

Chân số 1: “GND” là chân nối đất, tất cả các mức điện áp điều được so sánh với áptại đường dây nối đất.

Chân số 2: “Trigger” là chân kích : chân trigger được dùng để cung cấp đầu vàokích cho IC 555 hoạt động ở chế độ đơn ổn Chân này là đầu vào đảo của bộ so sánhcó nhiệm vụ làm cho transistor của flip flop chuyển trạng thái từ set sang reset Ngõra của bộ định thời phụ thuộc vào độ lớn xung bên ngoài đưa vào chân trigger Mộtxung âm

Chân số 3: “Output” là chân xuất tín hiệu ra : Ngõ ra của bộ định thời luôn luôn cósẵn ở chân này Có hai cách để 1 tải có thể kết nối với chân output Cách 1 là kết nốigiữ chân 3 (output) và chân 1 (GND) hoặc giữa chân 3 và chân 8 (chân nguồn) Tảinối giữa chân output và chân nguồn được gọi là tải thường mở, tải nối giữa chânoutpur và chân GND được gọi là tải thường đóng.

Chân số 4: “Reset” là chân reset vi mạch: Bất cứ khi nào bộ định thời bị reset, mộtxung âm được đưa đến chân 4 Đầu ra được thiết lập lại trạng thái ban đầu bất kểđiều kiện đầu vào Khi chân này không được sử dụng, ta nối lên Vcc để tránh mọikhả năng kích hoạt sai.

Chân số 5: “Control voltage” là chân điện áp điều khiển Chân ngưỡng (threshold)và chân kích (trigger) điều khiển sử dụng chân này Biên độ sóng ra được quyếtđịnh bởi một biến trở hoặc một điện áp bên ngoài được đưa vào chân này Vì vậy,lượng điện áp trên chân này sẽ quyết định khi nào bộ so sánh được chuyển đổi, vàdo đó thay đổi biên độ của đầu ra Khi không sử dụng chân này, ta nên nối đất thôngqua 1 tụ 0,01 micro Farad để chống nhiễu.

Chân số 6: “Threshold” là chân ngưỡng Nó là ngõ vào không đảo của bộ so sánh 1,được so sánh với ngõ vào đảo với điện áp tham chiếu là 2/3Vcc, bộ so sánh trênchuyển sang +Vsat và đầu ra được đặt lại.

Chân số 7: “discharge” là chân xả điện Chân này nối vào cực C của transistor vàthường có một tụ điện nối giữa chân xả điện và chân nối đất Nó được gọi là chânxả điện vì khi transistor dẫn bão hòa, tụ C xả điện thông qua transistor Khitransistor ngắt, tụ được nạp thông qua điện trở và tụ bên ngoài.

Chân số 8: “Vcc” là chân cấp nguồn Nguồn cung cấp trong khoảng từ 5V đến 18V.

2.7 Led thu phát hồng ngoại

A, LED thu phát hồng ngoại là gì?

LED thu phát hồng ngoại về bản chất cũng giống một diode phát quang thôngthường Tuy nhiên chúng có sự khác biệt đó là bước sóng nó phát ra không nằmtrong vùng ánh sáng nhìn thấy Chính vì lý do đó mà mắt thường khó có thể quansát được LED phát hồng ngoại phát ra ánh sáng nào Dựa vào tính chất nằm ngoàidải ánh sáng nhìn thấy nên chúng ít bị nhiễu bởi ánh sáng thông thường Điều đặcbiệt là chúng không phát ra ánh sáng lên được ứng dụng rất nhiều trong các máymóc cần hoạt động vào ban đêm.

B, Nguyên lý hoạt động của LED thu phát hồng ngoại

Giống như tất cả các loại đèn LED đang có trên thị trường, nguyên lý LED thu pháthồng ngoại sử dụng điốt và nhiều chất bán dẫn đơn giản Điốt luôn có thiết kế saocho dòng điện chỉ có thể chạy theo một hướng

Khi các dòng điện chạy, electron rơi từ một phần của diode vào lỗ trên một phầnkhác Để rơi vào các lỗ này, các electron phải làm năng lượng dưới dạng photon tạora ánh sáng.

Bước sóng và màu sắc của ánh sáng được tạo ra phụ thuộc vào vật liệu được sửdụng trong diode.

Đèn LED phát hồng ngoại sử dụng vật liệu tạo ra ánh sáng trong phần hồng ngoạicủa quang phổ, tức là, ngay dưới những gì mắt người có thể nhìn thấy.

Đèn LED hồng ngoại khác nhau có thể tạo ra ánh sáng hồng ngoại của các bướcsóng khác nhau, giống như các đèn LED khác nhau tạo ra ánh sáng có màu sắc khácnhau.

C, Ứng dụng của LED thu phát hồng ngoại

Sản phẩm này được ứng dụng khá nhiều trong các camera hồng ngoại, các điềukhiển từ xa của những thiết bị điện tử dân dụng , các cảm biến phát hiện sản phẩmtrong dây chuyền sản xuất, các cảm biến dò đường của những robot….nhìn tổngquan lại thì các sản phẩm đèn LED này được sử dụng nhiều để phát ra các loại tiahồng ngoại trong các cảm biến.

Led thu phát hồng ngoại

Sản phẩm cảm biến áp dụng hồng ngoại

Không dừng lại ở đó, công nghệ này còn có những ứng dụng như:

– Sử dụng để truyền dữ liệu giữa các thiết bị điện tử một cách dễ dàng, nhanhchóng.

– Điện thoại di động, trợ lý kỹ thuật số cá nhân (PDA) và một số máy tính xách taycó thể có đèn LED và bộ thu hồng ngoại được thiết kế để truyền dữ liệu tầm ngắn.– Một số bàn phím không dây và chuột máy tính cũng sử dụng đèn LED này và bộthu để thay thế cáp.

– Robot có thể sử dụng đèn để phát hiện vật thể và một số đồng hồ tiện ích thậm chícòn có thể để truyền dữ liệu đến một công cụ để đọc đồng hồ dễ dàng….