đồ án môn học 1 đề tài thiết kế mạch điện chống trộm bằng thu phát tia hồng ngoại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊNKHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

Hưng Yên 2022

LỜI NÓI ĐẦU-o0o-

Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến củathế giới, chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn Sự pháttriển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổibật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là những yếu tố rất cần thiết gópphần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày càng cao hơn.

Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ Điện tử đã đáp ứngđược những đòi hỏi không ngừng của các ngành, lĩnh vực khác nhau cho đến nhucầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hàng ngày Một trong những ứngdụng của rất quan trọng của ngành công nghệ điện tử là kỹ thuật điều khiển từ xabằng hồng ngoại Sử dụng hồng ngoại được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệpvà các lĩnh vực khác trong cuộc sống với những thiết bị điều khiển từ xa rất tinh vivà đạt được năng suất, kinh tế thật cao

Xuất phát từ những ứng dụng đó, chúng em đã thiết kế và thi công một mạchứng dụng nhỏ trong thu phát hồng ngoại : “MẠCH CHỐNG TRỘM DÙNG TIAHỒNG NGOẠI” Vì thời gian, tài liệu và trình độ còn hạn chế nên việc thực hiệnđồ án còn nhiều thiếu sót … Kính mong nhận được sự chỉ dẫn và góp ý tận tìnhcủa tất cả quý thầy cô cùng các bạn.

-o0o-Để đề tài được hoàn thành theo đúng thời gian yêu cầu của nhà trường cũng như của khoa và đạt được kết quả trên không chỉ là sự nỗ lực của bản thân chúng em mà còn có sự giúp đỡ của gia đình, sự chỉ bảo của thầy cô giáo và các bạn sinh viên.

Em xin chân thành cảm ơn :

Sự chỉ dẫn và góp ý của thầy Nguyễn Trung Thành Cám ơn thầy đã nhiệt tình cung cấp thông tin hướng dẫn và hỗ trợ em kiểm tra, khắc phục một số thông tin chưa chính xác.

Xin cảm ơn các bạn sinh viên trong lớp đã giúp đỡ chúng tôi rất nhiều mặt như phương tiện, sách vở, ý kiến

Trong quá trình thực hiện đề tài này, mặc dù em đã rất cố gắng, xong sẽ không tránh khỏithiếu xót Rất mong nhận được sự góp ý, phê bình, chỉ dẫn của quý thầy cô, các bạn sinh viên và bạn đọc

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Đức Khôi , Vũ Ngọc Mạnh

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

LỜI NÓI ĐẦU……… 1

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ……… 3

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ CÁC MẠCH CHỐNG TRỘM ĐƯỢC SỬDỤNG TRONG THỰC TẾ HIỆN NAY……….6

1 Giới thiệu chung……… 6

2 Vai trò………… ……….7

3 Ứng dụng thực tế……….8

CHƯƠNG II: MẠCH CHỐNG TRỘM DÙNG HỒNG NGOẠI……… 9

1 Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý hoạt động………9

1 Giới thiệu chung

 Hiện nay điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành, lĩnh vực khác nhau cho đến nhu cầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hàng ngày Sự phát triển của kỹ thuật điện đã tạo ra nhiều thiết bị ngày càng hiện đại giúp đỡ con người trong đời sống, sinh hoạt và tất nhiên là an toàn của mỗi con người và gia đình chúng ta Vậy để đảm bảo an toàn cho gia đình chúng ta thì các nhà khoa học đã phát minh ra rất nhiều thiết bị và hệ thống chống trộm giúp chúng ta bảo vệ an toàn của chính mình và gia đình Một trong những công nghệ đó là mạch chống trộm cảm biến rung, dùng tia laser, cảm biến hồng ngoại

2 Vai trò

 Phát hiện người di chuyển và cảnh báo sự xâm nhập bất hợp pháp của

kẻ gian vào một ngôi nhà, tòa nhà hoặc một khu vực đã được cài đặt hệ thông chống trộm vàbáo trộm bằng còi hoặc báo qua điện thoại

 Bảo vệ an toàn cho ngôi nhà và người thân của bạn.

CHƯƠNG II: MẠCH CHỐNG TRỘM DÙNG HỒNG NGOẠI

1 Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý hoạt động1.1.Khối nguồn

Tạo nguồn 12V cung cấp cho bộ đếm

Sơ đồ nguồn

Chức năng: Cung cấp dòng điện một chiều 12V cấp cho toàn mạch.

Nguyên lý hoạt động: Dòng điện 12V một chiều cung cấp cho còi báo Khi qua 1tụ 1000µF để ổn định tiếp đó mắc nối tiếp IC ổn áp 7812 sẽ cho dòng điện có điệnáp 12V và ta mắc song song với một led để báo mạch điều khiển có nguồn.

1.2.Khối phát tín hiệu hồng ngoại

 Tín hiệu ngõ ra của IC 555 trong bộ phát hồng ngoại là dạng xungvuông có tần số 1KHz và được truyền đến led phát sóng hồng ngoại

có tần số tương tự Tín hiệu ra ở chân số 3 Mạch có độ phát xakhoảng 6m.

1.3.Khối thu phát tín hiệu hồng ngoại

Mắt thu nhận tín hiệu từ mạch phát đưa đến opamp thứ nhất để nó khuếchđại lên sau đó chỉnh lưu và lọc thành áp DC Áp DC này sẽ được so sánhvới áp chuẩn, opamp thứ 2 được sử ding như 1 bộ so sánh áp Tín hiệu rađược kích vào chân số 2 của IC555 IC555 đóng vai trò như 1 mạch đơn ổnkhi có tín hiệu kích vào nó thì nó sẽ làm loa báo động vang lên một thờigian và tắt.

Bình thường thì loa báo động không kêu nhưng khi có người đi qua thì nó sẽ làm cho mắtthu mất tín hiệu , áp chỉnh lưu giảm xuống kích IC555 làm loa vang lên.

1.4 Mạch in

1.5 Sơ đồ linh kiện

2 Tính chọn thiết bị2.1 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 vòngdây quấn 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 cấutạo gồm các lá thép kỹ thuật điện (tole silic) dày 0.35mm ghép lại đối với máy biếnáp hoạt động ở tần số đến vài trăm HZ.

 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.

b.Ký hiệu điện trở trong mạch điện

Chuẩn EU Chuẩn US Biến trở Điện trở nhiệt Quang trở

Hình 2 1 Ký hiệu điện trởc.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 2 Hình dạng thực của điện trởMã màu của điện trở

a.Điện trở 4 vạch màu

Tụ không phâncực

Tụ hóa có phân cực Tụ hóa không phâncực

Tụ biến dung vàtụ vi chỉnh

Hình 2 4 Ký hiệu của điện trởc 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 biếtgiới hạn 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 5 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.

+ 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 hạnđiện áp đầu vào tối đa mà IC này có thể xử lý Hơn nữa điện áp đầu vào khôngđược nhỏ hơn 14V, đó là yêu cầu điện áp đầu vào tối thiểu của IC để cung cấp đầura cố định 12V Mặc dù IC này được thiết kế cho đầu ra cố định nhưng đầu ra cũngcó thể điều chỉnh được nếu bạn cần bằng hai điện trở bên ngoài ở đầu ra, chi tiết cóthể tìm thấy bên 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 đểcó 1A 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

A, khái niệm

Transistor hay còn gọi là tranzito là một loại linh kiện bán dẫn chủ động.Thường được sử dụng như một phần tử khuếch đại hay khóa điện tử Với khả năngđáp ứng nhanh, chính xác nên transistor được sử dụng nhiều trong ứng dụng tươngtự và số như: mạch khuếch đại, điều chỉnh điện áp, tạo dao động và điều khiển tínhiệu.

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 đổiđiện trở.

Về mặt cấu tạo, tranzito được tạo thành từ hai lớp bán dẫn điện ghép lại vớinhau Như hình trên chúng ta có thể thấy có hai loại bán dẫn điện là loại p và loạin Khi ghép một bán dẫn điện âm nằm giữa hai bán dẫn điện dương ta đượcTransistor loại PNP Còn khi ghép một bán dẫn điện dương nằm giữa hai bán dẫnđiện âm ta được Tranzito NPN Chính vì thế Transistor được chia ra làm 2 loại làNPN 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

có thể được sử dụng ở nhiệt độ trong khoảng từ - 55°C đến 125° NE 555 có thểđược sử 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 đãđược liệt kê trong bảng dữ liệu.

B, 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 sosánh có nhiệm vụ làm cho transistor của flip flop chuyển trạng thái từ set sangreset Ngõ ra của bộ định thời phụ thuộc vào độ lớn xung bên ngoài đưa vào chântrigger Một xung 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 kếtnối giữ chân 3 (output) và chân 1 (GND) hoặc giữa chân 3 và chân 8 (chân nguồn).Tải nối giữa chân output và chân nguồn được gọi là tải thường mở, tải nối giữachân outpur 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 đấtthông qua 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 sánh1, 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 đến18V.

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 thuphát hồng ngoại sử dụng điốt và nhiều chất bán dẫn đơn giản Điốt luôn có thiết kếsao cho 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 photontạo ra ánh sáng.