Báo cáo môn học thực hành mạch Điện tử nhóm 3 Đề tài mạch cảm biến Ánh sáng bật tắt Đèn

Mạch cảm biến ánh sáng được thiết kế để đèn có thể tự động bật sáng khi mức độ ánh sáng môi trường giảm xuống dưới một ngưỡng nhất định, chẳng hạn như khi trời bắt đầu tối, và tự động tắ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

-

Ø× -BÁO CÁO MÔN HỌC THỰC HÀNH MẠCH ĐIỆN TỬ

Nhóm 3

ĐỀ TÀI: Mạch Cảm Biến Ánh Sáng Bật Tắt Đèn

Giáo Viên Hướng Dẫn : Chu Hồng Hải

S

inh Viên Thực Hiện :

TP.HỒ CHÍ MINH, 08-2024

Lê Viết Tuấn (Nhóm Trưởng) 21510400

Đoàn Thế Anh 2151040028

Phạm Minh Trung 21510400

Võ Tiến Nhật 21510400

Lê Tấn Thắng 21510400

Mục Lục

1 Giới thiệu

1.1 Mục đích

Trong bối cảnh cuộc sống ngày càng bận rộn, việc tự động hóa các

thiết bị điện tử, đặc biệt là hệ thống chiếu sáng, trở thành một nhu cầu

thiết yếu Mạch cảm biến ánh sáng được thiết kế để đèn có thể tự động

bật sáng khi mức độ ánh sáng môi trường giảm xuống dưới một ngưỡng

nhất định, chẳng hạn như khi trời bắt đầu tối, và tự động tắt khi ánh sáng

ban ngày đủ mạnh Điều này giúp loại bỏ sự phụ thuộc vào thao tác thủ

công, mang lại sự tiện lợi và thoải mái cho người sử dụng

Ngoài ra, mạch cảm biến ánh sáng đóng vai trò quan trọng trong

việc tiết kiệm năng lượng Bằng cách chỉ kích hoạt đèn khi thật sự cần

thiết, hệ thống này giúp giảm lãng phí điện năng, đặc biệt hữu ích trong

các ứng dụng chiếu sáng công cộng, như đèn đường hoặc đèn sân vườn,

nơi việc duy trì chiếu sáng liên tục suốt đêm có thể gây tốn kém và lãng

phí Mạch cảm biến ánh sáng còn được ứng dụng rộng rãi trong việc

chiếu sáng tự động tại các khu vực công cộng, hành lang, bãi đỗ xe, hoặc

khu vực xung quanh nhà, góp phần nâng cao hiệu quả năng lượng và

giảm thiểu tác động môi trường

Không chỉ có lợi ích về kinh tế, mạch cảm biến ánh sáng còn

mang lại giá trị đáng kể về an ninh Việc đèn tự động bật sáng khi trời tối

có thể giúp bảo vệ các khu vực cần thiết, ngăn ngừa các hoạt động không

mong muốn, tạo ra môi trường an toàn hơn cho con người Với những lợi

ích vượt trội về cả tiện ích, tiết kiệm năng lượng và an ninh, việc phát

triển mạch cảm biến ánh sáng bật mở đèn không chỉ đáp ứng nhu cầu

hiện tại mà còn là một giải pháp bền vững cho tương lai

1.2 Ứng dụng

Mạch cảm biến ánh sáng bật tắt đèn có nhiều ứng dụng thực tiễn

quan trọng, mang lại tiện ích và hiệu quả cho nhiều lĩnh vực khác nhau

Trong chiếu sáng công cộng, mạch này giúp đèn đường tự động bật khi

trời tối và tắt khi trời sáng, tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí vận

hành Tương tự, trong gia đình, mạch cảm biến ánh sáng được sử dụng

cho đèn sân vườn, hành lang và cầu thang, giúp chiếu sáng tự động khi

cần thiết, tạo sự thuận tiện và an toàn cho việc di chuyển Về mặt an

ninh, mạch cảm biến ánh sáng được áp dụng trong hệ thống chiếu sáng

bảo vệ, giúp ngăn chặn các hoạt động không mong muốn và tăng cường

an ninh tại các khu vực như nhà ở, nhà kho, và khu công nghiệp Trong

nông nghiệp, mạch này hỗ trợ chiếu sáng trong nhà kính và chuồng trại,

giúp kiểm soát môi trường ánh sáng, cải thiện năng suất cây trồng và vật

nuôi Ngoài ra, mạch cảm biến ánh sáng còn góp phần tiết kiệm năng

lượng, giảm tiêu thụ điện và bảo vệ môi trường bằng cách chỉ bật đèn khi

cần thiết, kéo dài tuổi thọ của các thiết bị chiếu sáng Cuối cùng, trong

các tòa nhà thông minh, mạch này tích hợp vào hệ thống chiếu sáng tự

động, tạo ra không gian sống và làm việc hiện đại, tiện nghi hơn Những

ứng dụng này cho thấy mạch cảm biến ánh sáng không chỉ mang lại lợi

ích thiết thực mà còn góp phần tạo ra môi trường an toàn và thoải mái

hơn

2 Tổng quan lý thuyết

2.1 Nguyên lý mạch cảm biến ánh sáng

Mạch cảm biến ánh sáng là một hệ thống điện tử được thiết kế để

phát hiện và phản hồi với cường độ ánh sáng Mạch cảm biến ánh sáng

hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi điện trở của quang trở (LDR

-Light Dependent Resistor) khi cường độ ánh sáng môi trường thay đổi

Cụ thể, quang trở là một loại điện trở có khả năng thay đổi giá trị điện

trở dựa vào lượng ánh sáng mà nó nhận được Khi ánh sáng chiếu vào

quang trở, điện trở của nó giảm, và khi ánh sáng yếu hoặc trời tối, điện

trở tăng lên Mạch sử dụng sự thay đổi này để tạo ra một tín hiệu điện áp

tương ứng, từ đó điều khiển một bộ phận chấp hành như rơ-le hoặc bóng

đèn, để bật hoặc tắt đèn một cách tự động mà không cần sự can thiệp của

con người Điều này giúp tiết kiệm năng lượng và mang lại sự tiện lợi

trong việc quản lý chiếu sáng

Sơ Đồ Khối:

Khối Hiện Thị

Khối

Chỉnh

Lưu

Khối Cảm Biến

Tác Nhân

2.2 Vai trò của IC 555 trong mạch

IC 555 đóng vai trò quan trọng trong mạch cảm biến ánh sáng như

một bộ so sánh điện áp hoặc một bộ dao động thời gian Trong chế độ so

sánh, IC 555 so sánh điện áp từ quang trở với một mức điện áp tham

chiếu cố định Khi điện áp từ quang trở cao hơn ngưỡng này, IC 555 sẽ

thay đổi trạng thái ngõ ra của nó, kích hoạt hoặc tắt rơ-le để bật hoặc tắt

đèn Ngoài ra, IC 555 cũng có thể được cấu hình để hoạt động như một

bộ dao động, giúp tạo ra các xung tín hiệu với thời gian chính xác, điều

khiển quá trình bật tắt của đèn trong các ứng dụng yêu cầu thời gian hoạt

động cụ thể Nhờ vào tính linh hoạt và độ ổn định cao, IC 555 được sử

dụng rộng rãi trong mạch cảm biến ánh sáng để đảm bảo hoạt động chính

xác và tin cậy của hệ thống

2.3 Nguyên lý hoạt động của Rơ-le

Rơ-le là một công tắc điện tử được điều khiển bởi một tín hiệu

điện áp hoặc dòng điện nhỏ Trong mạch cảm biến ánh sáng, rơ-le đóng

vai trò như một bộ phận chấp hành, điều khiển việc bật hoặc tắt đèn Khi

IC 555 gửi tín hiệu kích hoạt, rơ-le sẽ đóng mạch, cho phép dòng điện

chính đi qua và bật đèn Ngược lại, khi tín hiệu kích hoạt từ IC 555 bị

ngắt, rơ-le mở mạch và đèn sẽ tắt Nguyên lý hoạt động của rơ-le dựa

trên một cuộn dây điện từ; khi có dòng điện chạy qua cuộn dây, nó sẽ tạo

ra một từ trường hút một thanh sắt nhỏ, đóng hoặc mở các tiếp điểm điện

bên trong rơ-le Điều này cho phép rơ-le có thể điều khiển dòng điện lớn

bằng một tín hiệu điều khiển nhỏ, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá

trình vận hành của mạch cảm biến ánh sáng

3 Thiết kế mạch

3.1 Sơ đồ nguyên lý

3.2 Linh kiện sử dụng

3.2.1 Quang trở

Quang trở (Light Dependent Resistor - LDR) là một loại điện trở

có giá trị điện trở thay đổi theo cường độ ánh sáng chiếu vào nó Khi ánh

sáng mạnh, điện trở của quang trở giảm xuống, cho phép dòng điện dễ

dàng đi qua Ngược lại, khi ánh sáng yếu hoặc trời tối, điện trở của LDR

tăng lên, cản trở dòng điện Quang trở được sử dụng trong mạch cảm

biến ánh sáng để phát hiện sự thay đổi ánh sáng môi trường và tạo ra tín

hiệu điều khiển tương ứng, giúp mạch tự động bật hoặc tắt đèn dựa trên

mức độ ánh sáng

Thông số kỹ thuật:

 Điện áp tối đa 150V

 Công suất tối đa: 100mW

 Giá trị đỉnh phổ: 540 nm

 Trở sáng (10Lux) 10 ~ 20 (KΩ))

 Trở tối: 1 (MΩ))

 Nhiệt độ hoạt động: -30 ~ 70oC

 Giá trị γ (1000 | 10): 0.6

 Thời gian đáp ứng (ms):

+ Tăng: 20ms

+ Decrease: 30ms

3.2.2 Diode và Diode Zener

Diode là một linh kiện bán dẫn cho phép dòng điện đi qua chỉ theo

một chiều Trong mạch cảm biến ánh sáng, diode được sử dụng để bảo

vệ mạch khỏi dòng điện ngược, đảm bảo các linh kiện khác trong mạch

không bị hư hại do dòng điện ngược gây ra

Zener diode là một loại diode đặc biệt được thiết kế để hoạt động ổn

định trong vùng phân cực ngược Nó được sử dụng trong mạch cảm biến

ánh sáng để tạo ra một điện áp tham chiếu ổn định cho IC 555 hoặc để

bảo vệ mạch khỏi các đột biến điện áp Khi điện áp ngược vượt qua một

giá trị nhất định (điện áp Zener), Zener diode sẽ duy trì một điện áp cố

định ở đầu ra, giúp ổn định và bảo vệ mạch

3.2.3 IC 555

IC 555 là một mạch tích hợp đa dụng được sử dụng rộng rãi trong các

ứng dụng tạo xung và điều khiển thời gian Trong mạch cảm biến ánh

sáng, IC 555 có thể hoạt động như một bộ so sánh điện áp, giúp xác định

khi nào nên kích hoạt rơ-le để bật hoặc tắt đèn dựa trên mức độ ánh sáng

môi trường IC 555 còn có thể được cấu hình để hoạt động như một bộ

dao động, tạo ra các xung tín hiệu với thời gian chính xác để điều khiển

quá trình bật tắt của đèn một cách tự động và linh hoạt

Thông Số Kỹ Thuật:

 Nguồn điện áp đầu vào từ 2 – 18V.

 Dòng điện tiêu thụ: 6 – 15mA

 Công suất tiêu thụ lớn nhất (Pmax): 600mW

 Điện áp logic đầu ra ở mức cao (mức 1): 0.5 – 15V

 Điện áp logic đầu ra ở mức thấp (mức 0): 0.03 – 0.06V

3.2.4 Rơ-le

Rơ-le là một công tắc điện tử được điều khiển bằng điện áp hoặc dòng

điện nhỏ, cho phép điều khiển dòng điện lớn trong mạch chính Trong

mạch cảm biến ánh sáng, rơ-le đóng vai trò quyết định việc bật hoặc tắt

đèn Khi nhận được tín hiệu điều khiển từ IC 555, rơ-le sẽ đóng hoặc mở

các tiếp điểm để cho phép hoặc ngăn dòng điện đi qua đèn Nhờ khả

năng điều khiển dòng điện lớn với tín hiệu nhỏ, rơ-le đảm bảo sự an toàn

và hiệu quả cho hệ thống chiếu sáng tự động

Thông Số Kỹ Thuật:

 Relay 5 chân

 Số tiếp điểm: COM – NO – NC

 Điện áp định mức: 5V | 12V | 24V DC

 Dòng tải: 5A/220V AC, 10A/125V AC, 20A/14V DC (*)

 Dòng tiêu thụ: relay 5V: ~ 115mA | 0.54W

relay 12V: ~ 45mA | 0.54W

relay 24V: ~ 20mA | 0.5W

 Kích thước: vui lòng xem ảnh kích thước thực tế

 Trọng lượng: ~ 5g

3.2.5 Các linh kiện khác

Ø Điện trở: Điện trở được sử dụng để giới hạn dòng điện và phân áp

trong mạch Chúng giúp điều chỉnh mức điện áp đưa vào các linh kiện

như quang trở, IC 555, và rơ-le, đảm bảo hoạt động ổn định của

mạch

Ø Tụ điện: Tụ điện được sử dụng để lọc nhiễu và ổn định điện áp trong

mạch Chúng cũng có thể được sử dụng để tạo độ trễ trong mạch, điều

chỉnh thời gian phản hồi của hệ thống

3.3 Mạch In

4 Thi công mạch

4.1 Quy trình lắp ráp

Việc lắp ráp mạch cảm biến ánh sáng để bật/tắt đèn cần tuân theo

một quy trình cụ thể để đảm bảo mạch hoạt động đúng chức năng và an

toàn Dưới đây là các bước trong quy trình lắp ráp mạch:

Bước 1: Chuẩn bị linh kiện và dụng cụ

 Linh kiện cần thiết: Quang trở (LDR), IC 555, rơ-le, diode, diode

Zener , điện trở, tụ điện, biến trở, mạch in (PCB), dây điện, và nguồn

điện

 Dụng cụ: Mỏ hàn, thiếc hàn, kềm cắt, tua vít, đồng hồ vạn năng, và bề

mặt làm việc an toàn

Bước 2: Thiết kế sơ đồ mạch

 Xác định vị trí các linh kiện trên mạch in: Dựa vào sơ đồ nguyên lý,

bố trí các linh kiện trên mạch in sao cho tối ưu về không gian và dễ

dàng kết nối

 Kiểm tra sơ đồ: Đảm bảo rằng sơ đồ không có lỗi, tất cả các kết nối

đều chính xác và không có sự cố về định hướng linh kiện

Bước 3: Lắp đặt các linh kiện lên mạch in (PCB)

 Lắp đặt các linh kiện thấp trước: Bắt đầu với các linh kiện nhỏ và

thấp như điện trở, diode, sau đó đến các linh kiện lớn hơn như IC,

rơ-le

 Đặt và hàn các chân linh kiện: Đặt linh kiện vào vị trí đã xác định trên

mạch in, sau đó sử dụng mỏ hàn và thiếc để hàn các chân linh kiện

chắc chắn vào mạch Đảm bảo rằng không có các mối hàn ngắn mạch

hoặc không chắc chắn

 Cắt các chân linh kiện thừa: Sau khi hàn, sử dụng kềm cắt để cắt các

chân linh kiện thừa, đảm bảo mạch sạch sẽ và gọn gàng

Bước 4: Kết nối các dây dẫn

 Nối dây điện: Kết nối các dây dẫn theo sơ đồ mạch, đặc biệt chú ý

đến các kết nối của quang trở, rơ-le và nguồn điện Sử dụng dây dẫn

có kích thước và chất lượng phù hợp để đảm bảo dòng điện lưu thông

tốt

 Kiểm tra kết nối: Dùng đồng hồ vạn năng để kiểm tra tất cả các kết

nối, đảm bảo không có mạch hở hoặc ngắn mạch

Bước 5: Hoàn thành mạch

4.2 Kiểm tra và hiệu chỉnh

4.2.1 Kiểm tra mạch

4.2.2 Hiệu chỉnh độ nhạy

5 Kết quả và thử nghiệm

5.1 Mô tả kết quả

5.2 Phân tích kết quả

5.3 Đánh giá hiệu quả của mạch

6 Kết luận

7 Tài liệu tham khảo