Đồ Án Môn Học Kỹ Thuật Điện Tử Đề Tài Mạch Cảm Biến Ánh Sáng Sử Dụng Ic555.Pdf

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Điện tử được ứng dụng rộng rãi và phổ biến trong mọi lĩnh vực nên với sinh viên học ngành kỹ thuật thì yêu cầu cần phải được trang bị kiến thức điện, điện tử để có t

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ

Chuyên ngành: ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Giảng viên hướng dẫn: ThS Võ Thị Bích Ngọc

Sinh viên thực hiện: Phạm Thế Hiển

MSSV: 1911050128

Lớp: 19DTDA1

TP HCM, ngày 20 tháng 11 năm 2023

Đề số:…… VIỆN KỸ THUẬT HUTECH

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI TÊN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA

1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong nhóm……): 01

(1) Phạm Thế Hiển MSSV: 19110128 Lớp: 19DTDA1

2 Tên đề tài: Thiết kế mạch cảm biến ánh sáng sử dụng ic555

3 Các dữ liệu ban đầu:

- Tìm hiểu tổng quan về đề tài đồ án, mục tiêu thiết kế

- Thiết kế sơ đồ khối cho mô hình “Mạch cảm biến ánh sáng sử dụng ic555”

- Tìm hiểu datasheet của các linh kiện dùng để thiết kế mạch nguyên lý chi tiết gồm: Vi mạch gồm ic555, tụ gốm 104, relay, diot cầu, led, …

4 Nội dung nhiệm vụ:

- Thiết kế, tính toán giá trị, lựa chọn linh kiện để thi công mô hình thực tế

- Mô phỏng nguyên lý hoạt động của mạch trên phần mềm mô phỏng (Protues)

- Thi công mô hình phần cứng

- Viết báo cáo đồ án

5 Kết quả tối thiểu phải có:

1) Báo cáo đồ án

2) Mô hình mạch thi công (Sơ đồ nguyên lý chi tiết; Mạch PCB)

Ngày giao đề tài: 19/ 09/ 2023 Ngày nộp báo cáo: 5/12/2023

Sinh viên thực hiện

(Ký và ghi rõ họ tên các thành viên)

Đề số:…… VIỆN KỸ THUẬT HUTECH

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘTHỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC & ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN

TÊN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

(Do giảng viên hướng dẫn ghi và giao lại cho sinh viên đóng vào cuốn báo cáo)

6 Tên đề tài: Thiết kế mạch đèn xi nhan dùng IC74164

7 Giảng viên hướng dẫn: Võ Thị Bích Ngọc

8 Sinh viên/ nhóm sinh viên thực hiện đề tài (sĩ số trong nhóm……): 01

(1) Phạm Thế Hiển MSSV: 1911050476 Lớp: 19DTDA1

Kết quả thực hiện của sinh viên (Giảng viên hướng dẫn ghi)

1

Từ:18/09/2023

Đến:24/09/2023

- GV gợi ý hướngnghiên cứu, giúp sinhviên định hướng chọn

đề tài

- GV hướng dẫn quytrình thực hiện thựchiện đồ án, cách trìnhbày báo cáo đồ án

Tuần Ngày Nội dung thực hiện

Kết quả thực hiện của sinh viên (Giảng viên hướng dẫn ghi)

2

Từ:25/09/2023

Đến:1/10/2023

- Xác nhận đăng kýchính thức đề tài thựchiện

- Viết chương Giớithiệu đề tài

- Thiết kế sơ đồ khốicho mạch

- Vẽ mạch nguyên lý

- Thực hiện mô phỏngnguyên lý hoạt độngcủa mạch trên phầnmềm

- Thực hiện mô phỏngnguyên lý hoạt độngcủa mạch trên phầnmềm

- Viết báo cáo

4

Từ:9/10/2023

Đến:15/10/2023

- Tính toán thiết kếmạch nguyên lý

- Thực hiện mô phỏngnguyên lý hoạt độngcủa mạch trên phầnmềm

- Viết báo cáo

- Vẽ mạch layout (PCB)

Tuần Ngày Nội dung thực hiện

Kết quả thực hiện của sinh viên (Giảng viên hướng dẫn ghi)

8 Từ:6/11/2023

Đến:12/11/2023

Tạm nghỉ để thi họckỳ

Đánh giá kết quả báo cáo:

(Nội dung báo cáo; Sản phẩmthực hiện; Thái độ; Kỹ năng;

…)

Cách tính điểm:

Điểm đánh giá quá trình thực hiện đồ án = 0.5 x Tính chủ động, tích cực, sáng tạo + 0.5 x Đáp

ứng mục tiêu đề ra

Tổng điểm kết thúc học phần = Điểm đánh giá quá trình thực hiện đồ án x 40% + Điểm chấm

báo cáo GVHD x 30% + Điểm chấm báo cáo GVPB x 30%

Lưu ý: Tổng điểm tiêu chí đánh giá về quá trình thực hiện đồ án; Điểm báo cáo bảo vệ đồ án môn học; Điểm quá trình (Ghi theo thang điểm 10), giảng viên chuyển điểm vào bảng điểm Viện đã giao.

Họ tên sinh viên Mã số SV

Tiêu chí đánh giá về quá trình thực hiện

đồ án

Tổng điểm tiêu chí đánh giá về quá trình thực hiện đồ án (tổng 2 cột điểm 1+2) 50%

Tính chủ động, tích cực, sáng tạo

Sinh viên thực hiện

(Ký và ghi rõ họ tên các thành viên)

LỜI CẢM ƠN

ời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn tất cả quí Thầy/Cô giáo đã hướng dẫn

và chỉ bảo hết sức tận tình trong thời gian em làm Đồ án môn học vừa qua,đặc biệt là Viện Kỹ Thuật Hutech đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho em hoàn thành đồ án này Em cũng vô cùng biết ơn Cô Võ Thị Bích Ngọc là người trực tiếp hướngdẫn và chỉ bảo hết sức tận tình cho em hoàn thành Đồ án kỹ thuật điện tử

Vì đây là lần đầu làm đồ án và thiết kế thi công mạch, với kiến thức và thời gian hạn chế nên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót

Với mong muốn học hỏi, em rất mong nhận được sự góp ý của quý Thầy, Cô giáo chỉ bảo, hướng dẫn thêm để em rút kinh nghiệm cho những đồ án tiếp theo được tốt hơn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Điện năng là một nguồn năng lượng rất quan trọng trong cuộc sống hiện đại, chính vì vậy

mà điện phải được sử dụng một cách thích hợp Việc chế tạo mạch cảm biến ánh sáng dựa trên nhu cầu tiết kiệm điện nhưng vẫn không tốn công sức trong việc điều khiển hệ thống chiếu sáng Mạch cảm biến ánh sáng được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều thiết bị chiếu sáng quen thuộc như đèn đường, đèn công viên, đèn cầu thang,,, nhằm mục đích đảm bảo được nhu cầu chiếu sáng đồng thời với việc tiết kiệm điện năng và công sức con người

1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

Điện tử được ứng dụng rộng rãi và phổ biến trong mọi lĩnh vực nên với sinh viên học ngành

kỹ thuật thì yêu cầu cần phải được trang bị kiến thức điện, điện tử để có thể phân tích, thiết kế, thi công, lắp đặt và vận hành, bảo trì, bảo dưỡng các thiết bị điện tử, dây chuyền sản xuất trong công nghiệp

Nhằm mục đích áp dụng kiến thức đã học lý thuyết môn kỹ thuật điện tử vào trong thiết kế ứng dụng thực tế nên em quyết định chọn thực hiện đề tài: “Thiết kế mạch cảm biến ánh sáng” Với việc thực hiện đồ án môn học này cũng nhằm giúp em hiểu được chức năng của các linh kiện dùng trong mạch, sự liên kết của chúng trong việc thiết kế mạch điện tử và sử dụng các linh kiện điện tử

Ngoài ra, việc thực hiện đồ án cũng giúp em hiểu được: cách tính toán thiết kế mạch; biết sử dụng phần mềm Proteus để mô phỏng cũng như thiết kế PCB cho mạch điện tử; biết cách kiểm tra một số vấn đề linh kiện trong mạch khi có hư hỏng,…

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Quang trở được là bằng chất bán dẫn có trở kháng rất cao và không có một tiếp giáp nào Trong bóng tối, quang trở thường có điện trở lên vài MΩ Còn khi có ánh sáng chiếu vào thì giá trị điệntrở có thể giảm xuống mức một cho đến vài trăm Ω

Nguyên lý hoạt động của quang trở dựa trên nguyên lý hiệu ứng quang điện trong một khối vật chất Khi mà các photon có năng lượng đủ lớn đập vào, sẽ khiến cho các electron bật ra khỏi các phân tử và trở thành các electron tự do trong khối chất và từ chất bán dẫn chuyển thành dẫn điện Mức độ dẫn điện của quang trở tùy thuộc vào phần lớn các photon được hấp thụ Khi ánh sáng lọt vào quang trở, các electron sẽ được giải phóng và độ dẫn điện sẽ được tăng lên Tùy thuốc vào chất bán dẫn mà các quang trở sẽ có những phản ứng khác nhau với các loại sóng photon khác nhau

Ký hiệu Hình ảnh thực tế

Điện trở là một đại lượng vật lý, được viết tắt là R với tên tiếng anh là Resistor.Điện trở được định nghĩa là đại lượng đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điệncủa vật liệu

Tính giá trị điện trở

Đối với điện trở 4 vạch màu:

 Vạch màu thứ nhất: Chỉ giá trị hàng chục trong giá trị điện trở

 Vạch màu thứ hai: Chỉ giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở

 Vạch màu thứ ba: Chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ của 10 dùng nhân với giá trị điện trở

 Vạch màu thứ 4: Chỉ giá trị sai số của điện trở

Ví dụ: Điện trở màu vàng, cam, đỏ, ứng với chữ số là: 4,3,2 Hai chữ số đầu tiên tạo số 43 Chữ số thứ 3 (2) là lũy thừa của 10 Cách tính như sau: 43×10^2=4300Ω

Đối với điện trở 5 vạch màu:

 Vạch màu thứ nhất: Chỉ giá trị hàng trăm trong giá trị điện trở

 Vạch màu thứ hai: Chỉ giá trị hàng chục trong giá trị điện trở

 Vạch màu thứ ba: Chỉ giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở

 Vạch màu thứ 4: Chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ của 10 dùng nhân với giá trị điện trở

 Vạch màu thứ 5: Chỉ giá trị sai số của điện trở

Ví dụ: Một điện trở có các vạch màu xanh dương, vàng, đỏ, nâu, nâu, ứng với các chữ số là 6,4,2,1,1 Giá trị được tính như sau:

642×10^1±1%=6420Ω±1%

2.3 RELAY 10A 250VAC SRD-05VDC-SL-A 5 Chân / SL-C

Ký hiệu Hính ảnh thực tế

Relay là thiết bị đóng cắt cơ bản, nó được sử dụng rất nhiều trong cuộc sống

và trong các thiết bị điện tử

 Tiếp điểm chịu tải: 10A 250VAC

 Trạng thái tiếp điểm: Thường hở & Thường đóng

Nguyên lý hoạt động

Khi cấp điện cho relay thì cuộn hút sẽ trở thành nam châm điện và hút lấytiếp điểm, lúc này tiếp điểm NO sẽ đóng cho dòng điện chay qua tải ( FAN,MOTOR, LED ) sẽ hoạt động

Ứng dụng

 Cách ly các mạch điều khiển khỏi tải

 Chuyển mạch nhiều dòng điện hoặc điện áp sang các tải khác nhau sử dụng một tín hiệu điều khiển

 Giám sát các hệ thống an toàn công nghiệp

2.4 DIODE CẦU

Ký hiệu Hình ảnh thực tế

Diode cầu chỉ là một cách gọi khác khi bạn thực hiện lắp đặt đồng thời 4 chiếc Diode được mắc nối với nhau Thông thường chúng được dùng với mục đích chuyển đổi điện xoay chiều thành điện 1 chiều ở 2 chu kỳ bán kỳ

 Khi đầu vào AC được kết nối với đầu vào của diot cầu, dòng điện xoay chiều từ nguồn điện sẽ được cung cấp vào hai đầu vào AC của diot cầu Bốn điot đơn trong diot cầu sẽ lần lượt bật và tắt để chỉ cho dòng điện đi từ hai đầu vào AC tới hai đầu ra DC.

 Trong quá trình này, diot chỉ cho dòng điện đi theo một chiều, vì vậy đầu ra DC sẽ có dòng điện một chiều ổn định Điều này rất hữu ích trong các ứng dụng điện tử như biến

áp, bộ sạc pin, mạch điều khiển motor…

2.5 TỤ ĐIỆN CBB 474J400V

Ký hiệu Hình ảnh thực tế

Tụ điện được sử dụng trong rất nhiều các loại mạch điện tử: mạch lọc nguồn, mạch tạo dao động.

Có tác dụng cho điện áp xoay chiều AC đi qua và chặn điện áp một chiều DC

 Tụ điện CBB 474J400V thuộc loại tụ điện điện giữ (capacitor) Tụ điện này được sử dụng

để lưu trữ và giữ điện tích trong mạch điện

 Tụ điện bao gồm hai bản dẹp phẳng chất điện trên và dưới, được tách nhau bằng một lớp cách điện Trong trường hợp này, CBB 474J400V có giá trị dung lượng là 470nF (nanoFarad)

 Đối với điện cực của tụ điện, khi được kết nối với nguồn điện có điện áp 400V, nó sẽ tích

tụ điện tích theo công thức Q = CV, trong đó Q là điện tích, C là dung lượng của tụ, và V

Ký hiệu hình ảnh thực tế

Tụ điện là một thành phần điện tử quan trọng và được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau trong mạch điện

Thông số kỹ thuật:

 Phân loại: tụ hoá

 Dung lượng: 220uF

Chỉnh lưu (Filtering): Tụ điện thường được sử dụng để làm mịn dòng điện trong mạch, giúp

giảm độ rơi áp và nhiễu điện

Mạch cộng hưởng (Coupling): Trong các mạch khuếch đại, tụ điện có thể được sử dụng để chuyển tín hiệu điện áp từ một phần mạch sang phần mạch khác mà không ảnh hưởng đến mức điện áp.

Bộ chia điện áp (Voltage Divider): Tụ điện có thể được sử dụng cùng với điện trở để tạo ra một

bộ chia điện áp, giúp giảm điện áp tại một điểm nhất định trong mạch

Ổn định điện áp (Decoupling): Tụ điện có thể được sử dụng để ổn định điện áp và giảm độ dao động áp trong mạch

Mạch làm sóng (Timing): Trong một số ứng dụng, tụ điện được sử dụng để tạo thời gian chờ hoặc tạo sóng

Mạch cắt tần số (Frequency Filtering): Trong mạch điện tần số cao, tụ điện có thể được sử dụng để cắt tần số, điều này thường xuyên xuất hiện trong các mạch lọc

Nguồn điện lưu động (Backup Power): Trong một số trường hợp, tụ điện có thể được sử dụng như một nguồn điện lưu động nhỏ để duy trì nguồn điện khi nguồn chính bị mất điện

2.7 DIODE ZENER

Ký hiệu Hình ảnh thực tế

Diode Zener là một loại diode đặc biệt được thiết kế để duy trì một điện áp ổn định qua cực ngược, giúp ngăn chặn điện áp ngược vượt quá giới hạn nhất định

Hiện tượng Zener Breakdown:

Khi một diode Zener được kết nối với một điện áp ngược vượt quá giới hạn nhất định, các electron trong lớp valence bắt đầu nhảy lên lớp dẫn, tạo thành các cặp điện tử-lỗ (electron-hole pairs)

Điều này dẫn đến tạo ra một dòng chuyển giao từ điện áp ngược cao, tạo ra một điện trường mạnh trong cấu trúc n-junction của diode Zener

Duy trì điện áp ZENER:

Hiện tượng Zener breakdown xảy ra ở một điện áp ngược nhất định được gọi là điện áp Zener (Vz) Các diode Zener được chọn để có một giá trị điện áp Zener cụ thể

Khi điện áp ngược vượt quá giá trị Zener, diode Zener bắt đầu dẫn điện mạnh mẽ, giữ cho điện

áp qua nó gần bằng với giá trị Zener

Về cơ bản, IC 555 được biết đến là một mạch định thời nguyên khối giúp tạo ra độ trễ haygiao động về thời gian chính xác nhất đặc biệt hơn là chúng hoạt động rất ổn định.

Bỏ qua các ứng dụng, IC 555 được giới chuyên gia đánh giá khá cao về chất lượng, rấtđáng tin cậy và không thể thiếu ưu điểm về giá thành

Bộ chuyển đổi nguồn dc-dc cũng có thể sử dụng và ứng dụng IC 555 một cách dễ dàng vàhoạt động tốt hơn, thật tuyệt phải không anh em IC 555 được ứng dụng nhiều nhất ở những bộđếm thời gian, thế hệ xung hay dao động,

Nếu SE 555 có thể được sử dụng ở nhiệt độ trong khoảng từ 55 độ C đến 125 độ C thì NE555 có thể sử dụng trong phạm vi nhiệt độ từ 0° đến 70°C

Sơ đồ chân và cấu tạo của IC 555:

 Chân 1: Dùng đế lấy dòng

 Chân 2: Chân kích hay còn gọi là Trigger, chân này có nhiệm vụ cung cấp đầu kích

vào IC555 giúp IC hoạt động ổn định hơn

 Chân 3: Chân 3 hay còn được gọi với cái tên là Output có chức năng phát ra tín hiệu

đặc biệt ngõ ra ở bộ định thời sẽ luôn luôn có sẵn ở chân này

 Chân 4: Chân reset ở vi mạch là tên gọi của chân số 4, chân số 4 sẽ nhận được xung

âm nếu bộ định thời bị reset, ngay lập tức đầu ra được thiết lập là ở trạng thái ban đầu

 Chân 5: Control voltage tên của chân số 5 chúng có chức năng là điện áp điều khiển,

chân dùng để điều khiển chân này chính là chân ngưỡng và chân kích Nếu trường hợpbạn không sử dụng chân này tốt nhất bạn nên nối đất thông qua tụ 0.01 microfarad đểcải thiện tình trạng nhiễu

 Chân 6: Chân 6 chính là chân ngưỡng mà mình vừa nhắc đến với chúng có tên tiếng

anh là Threshold, đây là ngõ vào không đảo của bộ so sánh số 1

 Chân 7: Đây là chân xả điện hay còn gọi là discharge, chúng được nối vào cực C

transistor và thông thường sẽ có thêm một tụ điện nối giữa 2 chân xả điện và nối đất

 Chân 8: Chân 8 hay còn gọi là chân Vcc (chân cấp nguồn) , nguồn mà chân cung cấp

thường dao động trong khoảng 5V đến 18V

Thông số kỹ thuật:

 Điện áp đầu vào: 4.5 - 16V

 Dòng điện cung cấp: 10mA - 15mA

 Điện áp logic ở mức cao: 0.5 - 15V

mở dẫn, cực C sẽ được nối đất Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp ở chân 6không vượt quá ngưỡng V2 Do lối ra của OP – AMP 2 lúc này đang ở mức 0, FF sẽkhông được reset.

(OA viết tắt: OP – AMP)

Tụ C tiếp tụ nạp từ điện áp ⅓ Vcc -> ⅔ Vcc:

Tụ C nạp qua ngưỡng ⅔ Vcc:

áp tụ C nhảy xuống dưới ⅔ Vcc

điện áp ban đầu là ⅓ Vcc

Điện trở bên trong sẽ hoạt động như một mạch tiến hành phân chia áp, xộ so sánh trên sẽvào ở ngõ không đảo và ngõ đảo sẽ vào ở bộ so sánh dưới

Đa phần các ứng dụng mình sẽ không điều chỉnh được ngõ vào điều khiển chính vì thế nó

sẽ được giữ cố định bằng Vcc Bất cứ mọi lúc nếu điện áp ở ngưỡng vượt quá điện áp điều khiến

ngay lập tức bộ so sánh trên sẽ sét flip-flop lên mức cao nhất, đồng thời ngõ ra Q của flip-flop sẽđược đưa ngay vào cực B và làm nó dẫn bão hòa.

Để có thể thay đổi ngõ ra của flip-flop xuống ở mức thấp thì anh /em cần điện áp ở chânngưỡng giảm xuống dưới Vcc

Nếu điều này xảy ra, ngay ngõ ra của bộ so sánh dưới (LC) sẽ ngay lập tức được nối vàochân reset (R) của Flip-flop làm cho ngõ ra hạ xuống mức thấp dẫn đến việc ngắt transistor đồngthời làm chân 3 được đẩy lên mức cao

Tuy nhiên, điều kiện này sẽ tiếp tục độc lập với điện áp phía trên đầu vào kích hoạt và bộ

so sánh dưới cũng chỉ có thể làm cho ngõ ra Flip-flop ở tại mức thấp

Vì ngõ ra ở reset (chân 4) của IC 555 sẽ làm việc ở mức thấp nên chỉ khi hoạt động ngõ ra

ở mức thấp tương ứng với trường hợp transistor dẫn Transistor sẽ tiếp tục phóng điện tiếp tục và

bộ khuếch đại công suất này sẽ cho ra mức thấp

Ở trạng thái này chúng sẽ tiếp tục cho đến khi nào chân reset được đưa lên mức cao Điềunày cho phép đồng bộ hóa tất cả hoặc đặt lại hoạt động của mạch Vcc nguồn sẽ được nối lại vớichân reset khi không sử dụng

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG CỦA CÁC KHỐI

3.1.1 Sơ đồ khối

ĐIỀU KHIỂN ĐÓNG NGẮT

TẢI VÀ HIỂN THỊ

KHỐI SO SÁNH

CẢM

BIẾN

KHỐI NGUỒN