Việc sử dụng cảm biến tiệm cận hồng ngoại để kích hoạt tín hiệu còi báo động có thể làm tăng hiệu suất của hệ thống bảo mật.. Phát triển thuật toán phân tích tín hiệu: mạch cảm biến để x
Trang 1BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC -o0o -
BÁO CÁO CUỐI KỲ
THỰC HÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Ô TÔ
GVHD: Th.S NGUYỄN NGỌC HUYỀN TRANG SVTH: NGUYỄN PHẠM LÊ QUANG 20013371
ĐINH NGUYỄN NAM NGUYÊN 20119091 NGÔ PHÚC LONG VŨ 20052481 CAO TRIỆU VỶ 20015521 TRẦN THUẬN LỢI 20059261
Tp HCM, tháng 01/2024
Trang 2BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
MẠCH CẢM BIẾN TIỆM CẬN ĐIỀU KHIỂN
TÍN HIỆU BÁO ĐỘNG CÒI
KHOA : CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC
GVHD : Th.S NGUYỄN NGỌC HUYỀN TRANG CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ NGÀY NHẬN ĐỀ TÀI : 11-01-2024
NGÀY NỘP : 20-01-2024
Trang 3BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
PHIẾU NHẬN XÉT BÁO CÁO CUỐI KỲ
(Dành cho giảng vên hướng dẫn)
Tên đề tài: ………
Giảng viên hướng dẫn:……….………
Cơ quan công tác……… ……….… ….SĐT……….……….…
I PHẦN NHẬN XÉT 1 Nhận xét về thái độ, tinh thần làm việc, hợp tác của sinh viên ………
………
………
2 Nhận xét về khả năng tìm kiếm, trích dẫn tài liệu nghiên cứu liên quan đến đề tài ………
………
………
3 Nhận xét về thực hiện tiến độ của đề tài ………
………
………
4 Nhận xét khả năng giải quyết vấn đề trong đề tài ………
………
………
5 Nhận xét về kết quả thực hiện của đề tài ………
………
………
II KẾT LUẬN (Giảng viên hướng dẫn ghi rõ Được bảo vệ hay Không được bảo vệ) ………
………
………
………
TP.HCM, ngày… tháng… năm…
GVHD
KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC
KL-6
Trang 4LỜI CẢM ƠN
Nhóm chúng em, xin cảm ơn đến Khoa Công Nghệ Động Lực, Thầy Th.S
Nguyễn Ngọc Huyền Trang
Chúng em cam đoan những nội dung trong báo cáo cuối kỳ " MẠCH CẢM
BIẾN TIỆM CẬN ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU BÁO ĐỘNG CÒI " là sản phẩm của
nhóm chúng em và chưa trình bày ở bất kỳ nơi nào khác cho bất kỳ cấp bậc học
Ngày 20 tháng 01 năm 2024
(Sinh viên ký tên) Tất cả thành viên đã kí
Trang 5PHÂN CHIA CÔNG VIỆC
STT Họ và tên Công việc
Nghiên cứu và thiết kế mạch kích áp thấp cho module Relay 5V
Vẽ mạch kích áp thấp cho module Relay 5V
Vẽ mạch cảm biến tiệm cận hồng ngoại
Trình bày công dụng toàn bộ những linh kiện điện tử được sử dụng trong mạch
Trang 6MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN iv
PHÂN CHIA CÔNG VIỆC v
MỤC LỤC vi
DANG MỤC HÌNH ẢNH vii
PHẦN 1 TỒNG QUAN 8
1.1 Lý do chọn đề tài 8
1.2 Mục tiêu nghiên cứu 8
1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu chính 8
1.2.2 Mục tiêu nghiên cứu cụ thể 8
1.3 Câu hỏi nghiên cứu 9
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 9
1.4.1 Đối tượng 9
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 9
1.5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 9
1.5.1 Ý nghĩa khoa học 9
1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn 9
PHẦN 2 Công dụng những linh kiện điện tử được sử dụng trong mạch 11
2.1 Modul relay 5v 11
2.2 Diode 1N4007 11
2.3 Transistor L7805CV 11
2.4 Opto PC817 12
2.5 Transistor C1815 12
2.6 IC LM 393 13
2.7 Biến trở vuông 10K 13
2.8 Led thu và phát 14
PHẦN 3 Nguyên lí hoạt động 15
3.1 Mạch cảm biến tiệm cận hồng ngoại 15
3.2 Mạch kích áp thấp cho module relay 5V 16
PHẦN 4 Phân tích những nguyên nhân hư hỏng 18
Trang 74.1 Mạch cảm biến tiệm cận hồng ngoại 18
4.2 Mạch kích áp thấp cho module relay 5V 18
PHẦN 5 Biện pháp kiểm tra - sửa chữa 19
5.1 Mạch cảm biến tiệm cận hồng ngoại 19
5.2 Mạch kích áp thấp cho module relay 5V 21
PHẦN 6 Ưu và nhược điểm 25
6.1 Mạch cảm biến tiệm cận hồng ngoại 25
6.2 Mạch kích áp thấp cho module relay 5V 25
PHẦN 7 Ứng dụng của mạch cảm biến tiệm cận hồng ngoại và Module Relay 5V trong cuộc sống thực tế 27
DANG MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Diode 1N4007 11
Hình 2 Transistor L7805CV 12
Hình 3 Opto PC817 12
Hình 4 Transistor C1815 13
Hình 5 IC LM 393 13
Hình 6 Biến trở vuông 10K 14
Hình 7 Led thu và phát 14
Hình 8 Mạch cảm biến tiệm cận hồng ngoại 15
Hình 9 Mạch kích áp thấp cho module relay 5V 16
Hình 10 Mạch tổng thể 17
Hình 11 Sử dụng đồng hồ đo điện trở 19
Hình 12 Kiểm tra IC LM393 20
Hình 13 Sử dụng đồng hồ đo điện trở của biến trở 21
Hình 14 Kiểm tra điện áp đầu ra Opto PC817 22
Hình 15 Để xác định được transistor NPN hay PNP 22
Hình 16 Đo điện trở Diode 23
Hình 17 Kiểm tra chân điều khiển relay 24
Trang 8PHẦN 1 TỒNG QUAN
1.1 Lý do chọn đề tài
Ứng dụng thực tế: đề tài này có thể mang lại giá trị thực tế thông qua việc ứng dụng trong lĩnh vực bảo mật hoặc giám sát Việc sử dụng cảm biến tiệm cận hồng ngoại để kích hoạt tín hiệu còi báo động có thể làm tăng hiệu suất của hệ thống bảo mật
Nhu cầu thị trường: nếu có nhu cầu cao về các hệ thống bảo mật tự động hoặc cải thiện các phương tiện báo động hiện có, đề tài này có thể đáp ứng một nhu cầu thị trường thực tế
Phát triển kỹ năng kỹ thuật: nghiên cứu về mạch cảm biến, điều khiển tín hiệu và tích hợp chúng vào hệ thống có thể giúp bạn phát triển kỹ năng kỹ thuật trong lĩnh vực điện tử và lập trình
Nghiên cứu và sáng tạo: nếu bạn quan tâm đến nghiên cứu và phát triển các giải pháp sáng tạo trong lĩnh vực bảo mật hoặc tự động hóa, đề tài này có thể làm cơ sở cho việc tạo ra những hệ thống mới và hiệu quả
1.2 Mục tiêu nghiên cứu
1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu chính
Phát triển mạch cảm biến tiệm cận hồng ngoại: với khả năng đo đạc chính xác và đáng tin cậy trong các điều kiện môi trường khác nhau
Tối ưu hóa hiệu suất cảm biến: bao gồm cả khả năng hoạt động trong điều kiện ánh sáng yếu hoặc đối mặt với nhiễu từ các nguồn khác
Thiết kế mạch điều khiển: có khả năng xử lý tín hiệu từ cảm biến và kích thích còi báo động một cách hiệu quả
1.2.2 Mục tiêu nghiên cứu cụ thể
Tối ưu hóa độ nhạy của cảm biến: để đảm bảo phát hiện đối tượng mục tiêu một cách chính xác và đáng tin cậy
Phát triển thuật toán phân tích tín hiệu: mạch cảm biến để xác định mức độ nguy hiểm hoặc ưu tiên của tín hiệu, giúp quyết định liệu có cần kích hoạt còi báo động hay không
Nâng cao tiêu chuẩn an toàn: của hệ thống báo động, bao gồm cả độ tin cậy, độ ổn định và khả năng chống nhiễu
Trang 91.3 Câu hỏi nghiên cứu
Làm thế nào để tăng cường độ chính xác của cảm biến tiệm cận hồng ngoại để phát hiện chuyển động hoặc sự hiện diện của vật thể ?
Làm thế nào để thiết kế một mạch điều khiển linh hoạt có khả năng điều chỉnh cường độ và thời gian của tín hiệu còi báo động dựa trên thông tin từ cảm biến ?
Làm thế nào để tối ưu hóa mạch nguồn năng lượng để mở rộng tuổi thọ của hệ thống, đặc biệt là khi sử dụng pin ?
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1 Đối tượng
Kỹ sư điện tử và điện lạnh
Nhà nghiên cứu về tín hiệu và hệ thống điều khiển
Người nghiên cứu về năng lượng và bảo vệ môi trường
Tích hợp với còi báo động: bao gồm giao tiếp và kích thích đúng còi báo động
1.5 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn
Phát hiện chuyển động: trong phạm vi của nó Khi có sự chuyển động được phát hiện, mạch cảm biến sẽ tạo ra một tín hiệu điện tương ứng
Trang 10Kích hoạt hệ thống báo động: tín hiệu từ cảm biến tiệm cận hồng ngoại thường được sử dụng để kích hoạt hệ thống báo động Nếu có bất kỳ sự chuyển động nào được phát hiện, hệ thống báo động sẽ được kích hoạt để thông báo về sự kiện đó
Dùng trong an ninh: mạch cảm biến tiệm cận hồng ngoại là một phần quan trọng của hệ thống an ninh, giúp theo dõi và bảo vệ khu vực nhất định Khi có người hoặc vật thể xâm nhập, cảm biến sẽ đưa ra tín hiệu cảnh báo
Trang 11PHẦN 2 Công dụng những linh kiện điện tử được sử dụng trong mạch
Chống ngược: thường được sử dụng để ngăn chặn dòng điện ngược Khi được đặt
ở chiều ngược, diode này cho phép dòng điện chảy thông qua, trong khi nếu được kết nối theo chiều chính, nó sẽ chặn dòng điện
Biến đổi AC thành DC: có thể được sử dụng trong mạch chỉnh lưu để chuyển đổi điện áp xoay chiều (AC) thành điện áp chỉnh lưu (DC) Khi được sử dụng trong mạch vậy, nó chỉ cho phép dòng điện chảy theo một hướng, giúp làm chỉnh lưu tín hiệu Bảo vệ mạch: có khả năng chịu được dòng điện lớn và có thể được sử dụng để bảo
vệ các thành phần khác trong mạch khỏi đỉnh điện áp quá cao
Hình 1 Diode 1N4007
2.3 Transistor L7805CV
Ổn áp điện áp: được sử dụng để ổn áp điện áp đầu vào (điện áp không ổn định) thành một điện áp ổn định 5V đầu ra Điều này giúp bảo vệ các linh kiện điện tử khác trong mạch khỏi sự biến động của điện áp
Trang 12Hình 2 Transistor L7805CV
Nguồn cung cấp ổn định: cho các mạch điện tử như vi điều khiển, linh kiện kỹ thuật
số và các linh kiện khác yêu cầu nguồn cung cấp ổn định
Chống nhiễu: trong nguồn cung cấp điện, giúp cải thiện chất lượng nguồn điện và
Trang 13Mạch kích thích và tạo xung: tích hợp linh kiện khác trong mạch điện tử
Làm công tắc điện: vai trò là khóa điện tử, tự động bật, tắt Nó được dùng trong các các ứng dụng có năng lượng cao như chuyển mạch nguồn điện cũng như các ứng dụng năng lượng thấp và được sử dụng làm công tắc nguồn điện
Biến trở vuông 3362P là một loại biến trở tinh chỉnh do hãng Bourns sản xuất dùng
để điều chỉnh giá trị điện trở theo ý muốn trong các mạch điện tử Biến trở được làm
Trang 14bằng gốm kim loại, kiểu chân PC pin xuyên lỗ 3362P của Bourn có công suất thấp 1/2W nên chủ yếu được sử dụng trong các mạch công suất nhỏ
Hình 6 Biến trở vuông 10K
2.8 Led thu và phát
Led thu phát hồng ngoại là loại bóng led có khả năng thu và phát ra những ánh sáng hồng ngoại – loại ánh sáng không thể nhìn thấy bằng mắt thường có bước sóng nằm trong vùng ánh sáng không
Hình 7 Led thu và phát
Trang 15PHẦN 3 Nguyên lí hoạt động
3.1 Mạch cảm biến tiệm cận hồng ngoại
Cảm biến vật cản hồng ngoại sử dụng một cặp truyền và nhận tia hồng ngoại Tia hồng ngoại phát một tần số nhất định khi gặp vật cản sẽ phản xạ vào đèn thu hồng ngoại, sau khi qua IC so sánh, đèn màu xanh sẽ sáng lên, đồng thời cho tín hiệu số đầu ra Led phát hồng ngoại (IR LED) luôn luôn phát ra sóng ánh sáng có bước sóng hồng ngoại mắt người không thể nhìn thấy ánh sáng này, vì vậy người ta sử dụng led thu hồng ngoại, led thu hồng ngoại bình thường nó có nội trở rất lớn (vài trăm KΩ), khi led thu được tia hồng ngoại chiếu vào đủ lớn thì nội trở của nó giảm xuống (cỡ vài chục Ω)
Hình 8 Mạch cảm biến tiệm cận hồng ngoại
Khi gặp vật cản, những chùm tia hồng ngoại gặp vật cản và phản xạ lại led thu làm led thu thay đổi giá trị điện trở Ở đây chúng ta thấy cầu chia áp ở điện trở R2 và mắt thu hồng ngoại, sự thay đổi điện trở của mắt thu hồng ngoại dẫn đến điện áp đầu vào chân 3 Op-Amp cũng thay đổi
Khi khoảng cách càng gần, sự thay đổi càng lớn
Khi đó, điện áp đầu vào chân 3 Op-Amp được so sánh với giá trị điện áp không đổi ghim trên biến trở R3, nếu điện áp chân 3 Op-Amp lớn hơn điện áp chân 2 Op-Amp thì
Trang 16Op-Amp xuất mức 1 ( bằng VCC) Ngược lại nếu điện áp chân 3 Op-Amp nhỏ hơn điện áp chân 2 Op-Amp thì Op-Amp xuất mức 0 ( bằng GND)
Điện trở như R1 (150 Ω), R2 (10K Ω ), R4 (1 KΩ ) giúp các led hoạt động mà không
3.2 Mạch kích áp thấp cho module relay 5V
Module 1 Relay 5V kích áp thấp có opto và transistor cách ly giúp cho việc sử dụng trở nên an toàn với board mạch chính, mạch được sử dụng để đóng ngắt nguồn điện công suất cao AC hoặc DC, có thể chọn đóng khi kích mức cao hoặc mức thấp bằng Jumper
Hình 9 Mạch kích áp thấp cho module relay 5V
Mạch module Relay 5V sử dụng Opto quang thường được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện từ xa Opto quang giúp cách ly tín hiệu điều khiển và tín hiệu điện,
Trang 17lý hoạt động của Opto quang để cách điện giữa mạch điều khiển và mạch công suất của
relay Opto quang là một thiết bị sử dụng đèn LED và cảm biến quang điện để truyền
tín hiệu mà không cần kết nối điện trực tiếp
Thông số kỹ thuật:
Sử dụng điện áp nuôi DC 5V
Relay mỗi Relay tiêu thụ dòng khoảng 80mA
Điện thế đóng ngắt tối đa: AC250V ~ 10A hoặc DC30V ~ 10A
Có đèn báo đóng ngắt trên mỗi Relay
Có thể chọn mức tín hiệu kích 0 hoặc 1 qua jumper
Hình 10 Mạch tổng thể
Trang 18PHẦN 4 Phân tích những nguyên nhân hư hỏng
4.1 Mạch cảm biến tiệm cận hồng ngoại
Hở mạch, ngắn mạch (Đèn tín hiệu không sáng): Va đập, rơi rớt có thể khiến mối hàn hoặc dây nối bị đứt khiến cho mạch không hoạt động
Các linh kiện bị cháy: có thể do cấp nguồn điện vượt quá mức cho phép trên thông
số kỹ thuật nhà sản xuất đưa ra
Đèn tín hiệu luôn sáng: Có thể do lỗi hoặc hư IC so sánh
4.2 Mạch kích áp thấp cho module relay 5V
Module relay 5V hỏng : cuộn dây đứt , tiếp điểm không chạm
Transitor chết: mất mass, mất dương
Opto quang chết: nguồn điện cung cấp vào không đúng
Trang 19PHẦN 5 Biện pháp kiểm tra - sửa chữa
5.1 Mạch cảm biến tiệm cận hồng ngoại
Kiểm tra điện trở:
- Sử dụng đồng hồ đo điện trở:
Hình 11 Sử dụng đồng hồ đo điện trở
Chọn chế độ đo điện trở trên đồng hồ
Kết nối hai đầu của điện trở vào hai kẹp hoặc đầu đo của đồng hồ đa năng
Đọc giá trị điện trở trên màn hình đồng hồ Giá trị này sẽ phản ánh giá trị điện trở của linh kiện so sánh giá trị này với giá trị được ghi trên điện trở hoặc trong tài liệu kỹ thuật để đảm bảo tính đúng đắn
- Kiểm tra màu sắc của vòng dải: nếu điện trở có màu sắc được sơn trên thân,
bạn có thể sử dụng mã màu để xác định giá trị So sánh mã màu với bảng mã màu của điện trở để xác định giá trị chính xác
Trang 20- Kiểm tra bằng mắt: có bất kỳ dấu hiệu nào của hỏng hóc, nứt, hoặc oxy hóa
không Các dấu hiệu này có thể làm ảnh hưởng đến hoạt động của điện trở
Đèn LED( phát quang, phát hồng ngoại)
- Kiểm tra điện áp đầu vào: xác định điện áp đầu vào mà đèn LED cần Thông
thường, điện áp này được ghi trên đèn hoặc trong tài liệu kỹ thuật Sử dụng multimeter để kiểm tra điện áp đầu vào của đèn LED Nếu nó không khớp với thông số yêu cầu, có thể là một dấu hiệu đèn không hoạt động đúng cách
- Kiểm tra dòng điện: đo dòng điện chạy qua đèn LED khi nó đang hoạt động
So sánh kết quả với thông số đặc tuyến được quy định trong tài liệu kỹ thuật
- Kiểm tra màu sắc và độ sáng: đối với đèn LED màu, kiểm tra xem màu sắc có
đúng không Nếu đèn đang phát ra màu không đúng hoặc biến đổi theo thời gian,
có thể là một vấn đề về linh kiện
IC LM393
- Kiểm tra đặc điểm chân: xác định đúng chân của IC và kết nối chúng đúng
với mạch hoặc bo mạch mà bạn đang sử dụng Kiểm tra xem kết nối có đúng như trong datasheet hay không
Hình 12 Kiểm tra IC LM393
- Kiểm tra điện áp cung cấp: đảm bảo rằng điện áp cung cấp cho IC nằm trong
khoảng cho phép, không vượt quá giới hạn tối đa được quy định
- Kiểm tra tín hiệu vào và ra: sử dụng dụng cụ đo lường như multimeter hoặc
oscilloscope để kiểm tra tín hiệu vào và ra của IC Đảm bảo rằng tín hiệu đầu vào được đưa vào đúng cách và tín hiệu đầu ra phản ánh chính xác theo yêu cầu
Trang 21 Biến trở vuông 10K
- Sử dụng đồng hồ đo điện trở (multimeter):
Đặt đồng hồ đo điện trở vào chế độ đo điện trở (Ohm)
Kết nối các đầu đo với hai chân của biến trở
Nếu giá trị đo gần với 10K (ví dụ, trong khoảng 9.8K đến 10.2K), thì biến trở hoạt động đúng
Hình 13 Sử dụng đồng hồ đo điện trở của biến trở
- Sử dụng mạch đèn led:
Kết nối biến trở vào mạch điện với một nguồn điện dòng thấp
Sử dụng một đèn LED để kiểm tra xem dòng điện chảy qua biến trở có làm sáng đèn hay không
5.2 Mạch kích áp thấp cho module relay 5V
Opto PC817
- Kiểm tra điện áp đầu vào: đảm bảo rằng bạn đang cấp đúng điện áp đầu vào
theo yêu cầu Điều này có thể là điện áp chuyển đổi (DC) hoặc điện áp xoay chiều (AC), tùy thuộc vào ứng dụng
- Kiểm tra điện áp đầu ra: sử dụng đồng hồ đo để đo điện áp đầu ra Nếu nó
không tương ứng với giá trị mà bạn mong đợi, có thể có vấn đề với linh kiện