Dự Án mạch phát hiện vật cản chống trộm bằng tia laser

Nội dung và kế hoạch thực hiện a Nội dung thực hiện Các nội dung cần thực hiện trong đề tài : - Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động: Nắm vững nguyên lý hoạt động của mạch phát hiện vật cả

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ



DỰ ÁN MẠCH PHÁT HIỆN VẬT CẢN CHỐNG TRỘM BẰNG TIA LASER

Sinh viên thực hiện: : Nguyễn Đức Duy

Giảng viên hướng dẫn: : NGUYỄN THANH DŨNG

TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2024

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2024

Giáo viên hướng dẫn

ThS Nguyễn Thanh Dũng

ii

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh đã luôn lắng nghe và luôn luôn tạo điều kiện học tập tốt nhất cho em và cũng như toàn thể sinh viên trong trường

Tiếp đến em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới giáo viên hướng dẫn

ThS Nguyễn Thanh Dũng đã tận tình giúp đỡ, tìm ra nhiều lỗi sai của em trong

quá trình tìm hiểu và nghiên cứu Thầy còn hướng dẫn em rất nhiều để hoàn thành xong đề tài dự án

Vì thời gian có hạn, trình độ hiểu biết của bản thân còn nhiều hạn chế Cho nên trong đề tài không tránh khỏi những thiếu sót, em mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo để dự án của em được hoàn thiện hơn

Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2024

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Đ

MỞ ĐẦU iii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DỰ ÁN 1

1.1 Phân tích yêu cầu dự án 1

1.2 Các ứng dụng của dự án 1

1.3 Công nghệ sử dụng 2

1.3 Kết chương 1 4

CHƯƠNG 2 THUYẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ 5

2.1 Sơ đồ khối 5

2.2 Sơ đồ mạch mô phỏng trên Proteus 6

2.3 Kết Chương 2 7

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MẠCH THỰC TẾ 14

3.1 Các linh kiện trong bo mạch 14

3.2 Hình ảnh thực tế quá trình 14

3.3 Hình ảnh mạch thực tế 15

KẾT LUẬN 28

1 Kết quả đạt được 28

2 Hướng nghiên cứu 29

TÀI LIỆU THAM KHẢO 30

v

MỞ ĐẦU

1 Giới thiệu

Cuộc sống đang ngày càng hiện đại nên đôi khi con người ta không thể lường trước được những hành động của kẻ xấu

Để giúp cho công sở luôn được đảm bảo an toàn,ngôi nhà luôn được tồn tại

sự yên tâm và có được giấc ngủ say em đã quyết định nghiên cứu và tìm tòi cách bảo đảm cho sự bình yên đó.và cuối cùng đã đi đến thống nhất chọn” mạch báo trộm bằng tia laser” làm đề tài nghiên cứu và thi công vì những tính năng nổi bật của nó là dễ sử dụng,dễ lắp đặt và giá thành vừa phải để mọi người ai cũng có thể sử dụng, và yên tâm hơn tiếp tục với công việc của mình

Sau đây là chi tiết của đề tài,chúng ta hãy cùng theo dõi nhé!

2 Mục tiêu của dự án

Mục tiêu nghiên cứu của dự án là:

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của mạch chống trộm dùng tia laser - Thiết kế, chế tạo một mạch chống trộm dùng tia hồng ngoại

Phương pháp nghiên cứu để thực hiện đề tài là kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết với nghiên cứu thực nghiệm

3 Nội dung và kế hoạch thực hiện

a) Nội dung thực hiện

Các nội dung cần thực hiện trong đề tài :

- Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động: Nắm vững nguyên lý hoạt động của mạch phát hiện vật cản chống trộm bằng tia laser Tìm hiểu về các thành phần điện tử được sử dụng trong mạch

- Thiết kế mạch điều khiển: Xác định và thiết kế mạch dựa trên yêu cầu cụ thể Bao gồm việc lựa chọn linh kiện và mạch tích hợp, thiết kế mạch in và

bố trí linh kiện

- Hiệu chỉnh và thử nghiệm: Tiến hành hiệu chỉnh và thử nghiệm mạch điều khiển để đảm bảo hoạt động chính xác và ổn định Điều chỉnh ngưỡng nhiệt độ và các thiết lập khác để đáp ứng yêu cầu cụ thể của không gian sử dụng

- Tài liệu hóa và báo cáo: Tạo tài liệu hóa đầy đủ về mạch điều khiển, bao gồm sơ đồ mạch, bảng mạch Viết báo cáo tổng kết về quá trình thực hiện

dự án, kết quả thử nghiệm và đánh giá hiệu suất của mạch

Làm báo cáo dự án

❖ Công cụ thực hiện: MS Word

Thời gian Nội dung thực hiện

Chương 1 Tổng quan về dự án Trong chương này, báo cáo trình bày

chung về dự án các khái niệm căn bản của mạch, tầm quan trong của mạch

Chương 2 Thiết kế mạch nguyên lí Chương này bao gồm các nội

dung:

- Trình bày sơ đồ nguyên lý của mạch điều khiển

- Giải thích vai trò và hoạt động của từng thành phần trong mạch

Chương 3 Xây dựng mạch thực tế Chương này sẽ giới thiệu về quy

trình làm mạch và phần demo sản phẩm

Cuối cùng: Kết luận, Tài liệu tham khảo và Phụ lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Phân tích yêu cầu dự án

1.1.1 Tên dự án

- Xây dựng mạch“ MẠCH PHÁT HIỆN VẬT CẢN CHỐNG TRỘM BẰNG TIA LASER”

1.1.2 Chức năng

Hệ thống mạch tự động bật quạt theo nhiệt độ có nhiều chức năng như sau :

- Đo và cảm nhận nhiệt độ: Mạch điều khiển được trang bị cảm biến nhiệt

độ để đo và cảm nhận nhiệt độ hiện tại trong môi trường hoặc thiết bị cần điều khiển

- So sánh nhiệt độ : Mạch điều khiển tiến hành so sánh nhiệt độ đo được với ngưỡng nhiệt độ được thiết lập trước đó Dựa trên kết quả so sánh này, mạch quyết định xem có cần bật/quạt hay không

- Điều khiển quạt: Nếu nhiệt độ đo được vượt quá ngưỡng nhiệt độ được thiết lập, mạch điều khiển sẽ kích hoạt quạt để làm mát Mạch điều khiển có thể sử dụng một relay để điều khiển hoạt động của quạt

1.2 Các ứng dụng của đề tài

Đề tài về mạch điều khiển tự động bật quạt theo nhiệt độ có nhiều ứng dụng trong xã hội Dưới đây là một số ví dụ về ứng dụng của đề tài này:

- Quản lý nhiệt độ trong nhà ở: Mạch điều khiển tự động bật quạt theo nhiệt

độ có thể được áp dụng trong hệ thống quản lý nhiệt độ trong nhà ở Nó có thể điều chỉnh hoạt động của quạt để duy trì một mức độ thoải mái và tiết kiệm năng lượng trong nhà

- Quản lý nhiệt độ trong các tòa nhà và văn phòng: Trong các tòa nhà và văn phòng lớn, mạch điều khiển tự động bật quạt theo nhiệt độ có thể được sử dụng để điều chỉnh hệ thống điều hòa không khí Nó giúp điều chỉnh nhiệt độ trong các khu vực khác nhau để đảm bảo môi trường làm việc thoải mái và tiết kiệm năng lượng

- Quản lý nhiệt độ trong các thiết bị điện tử: Mạch điều khiển tự động bật quạt

theo nhiệt độ có thể được tích hợp vào các thiết bị điện tử như máy tính, máy chủ, điện thoại di động và các thiết bị gia dụng Nó giúp duy trì nhiệt độ an toàn và tăng tuổi thọ của các thiết bị bằng cách làm mát chúng khi cần thiết

- Quản lý nhiệt độ trong hệ thống làm mát công nghiệp: Trong các hệ thống làm mát công nghiệp như nhà máy, nhà xưởng hay kho lạnh, mạch điều khiển

tự động bật quạt theo nhiệt độ có vai trò quan trọng để duy trì nhiệt độ ổn định

và đảm bảo hoạt động an toàn của các thiết bị công nghiệp quan trọng

- Hệ thống làm mát trong ô tô: Mạch điều khiển tự động bật quạt theo nhiệt độ

có thể được sử dụng trong hệ thống làm mát của ô tô Nó giúp điều chỉnh quạt làm mát động cơ và hệ thống làm mát cabin để đảm bảo sự thoải mái và hiệu suất của ô tô

1.3 Công nghệ sử dụng

1.3.1 Phần mềm Proteus

- Proteus là một phần mềm mô phỏng mạch điện tử và mô phỏng hệ thống nhúng (embedded systems) Nó được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực thiết kế và kiểm tra mạch điện tử, bao gồm vi mạch, viễn thông, hệ thống nhúng và các ứng dụng điện tử khác

Proteus đã trở thành công cụ quan trọng không chỉ trong giáo dục mà còn trong ngành công nghiệp và nghiên cứu, giúp kỹ sư và nhà thiết kế tiết kiệm thời gian và nguồn lực trong quá trình phát triển sản phẩm điện tử

Hình 1: Phần mềm Proteus

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ 2.1 Sơ đồ khối

Sơ đồ khối của mạch bao gồm bộ khuếch đại, bộ điều khiển Việc xây dựng và hoạt động của một mạch bật quạt tự động sẽ biểu diễn bởi hình ảnh dưới đây:

Hình 2: Sơ đồ khối

2.2 Sơ đồ mạch mô phỏng trên Proteus

Hình 3: Sơ đồ mạch trên Proteus

Nguyên lý hoạt động của mạch:

- Cấp nguồn 5v vào cho mạch, bật nút và bắt đầu mạch hoạt động, C1 và C2

có nhiệm vụ là lọc nguồn và lọc nhiễu, R1 giúp hạ dòng cho bóng đèn D2

- RT1 và R2 tạo ra 1 cầu phân áp với điện áp là 2.5v, C4 có tác dụng tạo ra độ trễ khi cảm ứng nhiệt đột ngột thay đổi, nó sẽ duy trì điện áp trung bình bởi

vì tụ C4 cần có thời gian nạp xả

- D5 để xả điện

- Khi nhiệt độ tăng, điện trở của nhiệt kế NTC 103 sẽ giảm Điều này làm tăng điện áp ra của bộ khuếch đại thuật toán Khi điện áp ra của bộ khuếch đại thuật toán vượt quá một giá trị nhất định, rơle RL1 sẽ đóng

- Khi rơle RL1 đóng, điện áp sẽ được cấp cho thiết bị tải Khi nhiệt độ giảm, điện trở của nhiệt kế NTC 103 sẽ tăng Điều này làm giảm điện áp ra của bộ khuếch đại thuật toán Khi điện áp ra của bộ khuếch đại thuật toán giảm

xuống dưới một giá trị nhất định, rơle RL1 sẽ mở

- Việc điều chỉnh nhiệt độ được thực hiện bằng cách thay đổi giá trị của điện trở R2 Khi giá trị của điện trở R2 tăng, điện áp ra của bộ khuếch đại thuật toán sẽ cần phải cao hơn để rơle RL1 đóng Điều này có nghĩa là nhiệt độ cần phải cao hơn để rơle RL1 đóng

Việc điều khiển thời gian bật hoặc tắt của thiết bị tải được thực hiện bằng cách thay đổi giá trị của điện trở R6 Khi giá trị của điện trở R6 giảm, dòng điện qua cuộn cảm L1 sẽ lớn hơn Điều này sẽ làm cho cuộn cảm L1 tích điện nhanh hơn và rơle RL1 sẽ đóng

2.3 Cách lựa chọn cảm biến nhiệt độ

Lựa chọn cảm biến nhiệt độ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm:

• Dải đo nhiệt độ: Cảm biến nhiệt độ có thể đo được trong dải nhiệt độ rộng hoặc hẹp Dải đo nhiệt độ cần được lựa chọn phù hợp với ứng dụng của mạch

• Độ chính xác: Cảm biến nhiệt độ có độ chính xác khác nhau Độ chính xác cần được lựa chọn phù hợp với yêu cầu của mạch

• Giá cả: Cảm biến nhiệt độ có giá cả khác nhau Giá cả cần được lựa chọn phù hợp với ngân sách của dự án

Cảm biến nhiệt độ:

Cảm biến nhiệt độ bán dẫn (thermistor): Cảm biến thermistor là loại cảm biến

nhiệt độ có giá thành thấp Cảm biến thermistor có độ chính xác thấp hơn so với cảm biến RTD hoặc thermocouple

Hình 4: Thermistor

Để tích hợp cảm biến nhiệt độ vào mạch, bạn cần kết nối các chân của cảm biến với mạch Các chân của cảm biến thường được ký hiệu là:

• Vcc: Chân cấp nguồn cho cảm biến

• GND: Chân nối đất cho cảm biến

• OUT: Chân đầu ra của cảm biến

Dưới đây là một số cách tích hợp cảm biến nhiệt độ vào mạch:

Cách này đơn giản và tiết kiệm chi phí Tuy nhiên, cảm biến nhiệt độ có thể bị ảnh hưởng bởi các thành phần khác trong mạch.

một bộ chuyển đổi Cách này giúp bảo vệ cảm biến nhiệt độ khỏi các thành phần khác trong mạch

2.4 Kết chương 2

Qua quá trình xây dựng và thiết kế hệ thống, ta có thể hiểu sâu hơn về mô hình hệ thống, các thành phần trong ứng dụng, cách các thành phần kết nối với nhau, hiểu sâu hơn về cách chúng hoạt động Tiếp đến với chương 3 ta sẽ bước vào quy trình triển khai và tích hợp vào bo mạch thực tế

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MẠCH THỰC TẾ 3.1 Các linh kiện trong bo mạch

Dưới đây là các thành phần linh kiện trong bo mạch :

3.1.1 IC LM358

LM358 là một IC 8 chân opamp có nhiều gói khác nhau Một trong những gói được

sử dụng nhiều nhất là gói nhúng 8 chân IC này gồm hai opamp riêng biệt trong một gói duy nhất Cả hai opamp bên trong đều có độ lợi cao và có thể sử dụng nguồn điện đơn hoặc kép Một trong những tính năng chính của vi mạch này là mức tiêu thụ dòng điện thấp, lý tưởng để sử dụng với các mạch hoặc thiết bị hoạt động bằng pin Nó có thể hoạt động với nhiều nguồn điện từ 3V đến 32V DC do đó có thể sử dụng với các thiết bị logic điện áp thấp và vi điều khiển

Hình 5 : Hình ảnh IC LM358

LM358 là một bộ khuếch đại đôi, có chứa hai kênh khuếch đại độc lập được tích hợp trên cùng một chip Mỗi kênh có thể hoạt động như một khuếch đại không đối xứng với khả năng khuếch đại tín hiệu từ mức điện áp rất thấp

Hình 6 : Sơ đồ chân IC LM358

Hình 7 : Bảng mô tả các chân

- Chân 3: đặt điện áp(nếu là loại Relay 12V thì đặt 12V DC vào đây)

- Chân 4, chân 5: tiếp điểm

Công dụng của rờ-le là “dùng một năng lượng nhỏ để đóng cắt nguồn năng lượng lớn hơn”

Rờ-le được dùng khá thông dụng trong các ứng dụng điều khiển động cơ và chiếu sáng

Khi cần đóng cắt nguồn năng lượng lớn, rờ-le thường được ghép nối tiếp Nghĩa

là một rờ-le nhỏ điều khiển một rờ-le lớn hơn, và rơ-le lớn sẽ điều khiển nguồn công suất

3.1.3 Điện trở

Điện trở là một thành phần điện tử có chức năng hạn chế dòng điện trong mạch điện

Nó có khả năng điều chỉnh lưu lượng dòng điện thông qua nó và tạo ra một sự khác biệt về điện áp giữa hai điểm trong mạch Dưới đây là một số tác dụng quan trọng

của điện trở:

- Hạn chế dòng điện: Điện trở được sử dụng để hạn chế dòng điện trong mạch điện Nó có thể giới hạn dòng điện tối đa mà một thành phần hoặc mạch có thể chịu đựng Điều này có thể làm giảm rủi ro hỏng hóc hoặc thiệt hại cho các thành phần khác trong mạch

Bằng cách kết nối một điện trở vào mạch, điện áp sẽ chia thành các phần khác nhau trên điện trở và các thành phần khác trong mạch Điều này cho phép điều chỉnh và kiểm soát điện áp tại các điểm cụ thể trong mạch

Hình 9 : Hình ảnh điện trở

- Biến đổi nhiệt năng: Một số loại điện trở, như điện trở tụ nhiệt, có khả năng biến đổi năng lượng điện thành năng lượng nhiệt Chúng được sử dụng để tạo nhiệt hoặc điều chỉnh nhiệt độ trong các ứng dụng như lò nướng, bếp điện

và hệ thống làm nóng

- Đo điện áp và dòng điện: Điện trở cũng được sử dụng để đo điện áp và dòng điện trong các ứng dụng đo lường và kiểm tra Chúng tạo điện áp rơi (voltage drop) và điện áp tương tự (analog voltage) tỷ lệ với dòng điện chảy qua chúng, cho phép đo và phân tích các thông số điện tử trong mạch

3.1.4 Diode

Diode là một thành phần điện tử hai chân quan trọng trong công nghệ điện tử Nó được thiết kế để cho phép dòng điện chỉ chảy theo một hướng duy nhất và ngăn chặn dòng điện trong hướng ngược lại Diode hoạt động dựa trên hiện tượng gọi là hiện tượng chỉnh hợp (rectification) của vật liệu bán dẫn

Cấu trúc cơ bản của một diode bao gồm hai phần: bán dẫn tích cực (anode) và bán dẫn âm tích (cathode) Bán dẫn tích cực được chế tạo từ chất bán dẫn P (dương) và bán dẫn âm tích được chế tạo từ chất bán dẫn N (âm) Khi hai phần này được kết nối lại với nhau, tạo thành một kết nối P-N, diode sẽ có khả năng chỉ cho phép dòng điện chảy từ anode tới cathode (hướng thuận), trong khi ngăn chặn dòng điện trong hướng ngược lại (hướng ngược)

- Điều chỉnh điện áp: Diode có thể được sử dụng để điều chỉnh điện áp trong mạch Với kết hợp các diode và các thành phần khác, như resistor và tụ điện,

có thể tạo thành các mạch chỉnh áp (voltage regulation circuits) hoặc các mạch biến đổi điện áp (voltage multiplier circuits)

- Chuyển đổi AC thành DC: Một ứng dụng quan trọng của diode là chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện một chiều (DC) Quá trình này được gọi là chỉnh hợp (rectification) Bằng cách sử dụng một hoặc nhiều diode, dòng điện xoay chiều từ nguồn điện AC có thể được biến đổi thành dòng điện một chiều phù hợp để cấp cho các thiết bị điện tử

- Bảo vệ mạch điện: Diode có khả năng bảo vệ mạch điện khỏi các tác động tiêu cực như dao động điện áp, chập điện ngược và tăng áp ngắn mạch Các diode bảo vệ như diode bảo vệ dao động (clamping diode) và diode bảo vệ chập điện ngược (flyback diode) được sử dụng để giảm thiểu rủi ro hỏng hóc

Đối với các nhiệt điện trở, dải nhiệt độ đo thông thường dao động trong khoảng –

50 đến + 150 độ C

3.1.6 Biến trở

Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý muốn Chúng

có thể được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện

Điện trở của thiết bị có thể được thay đổi bằng cách thay đổi chiều dài của dây dẫn điện trong thiết bị, hoặc bằng các tác động khác như nhiệt độ thay đổi, ánh sáng hoặc bức xạ điện từ,

Hình 12 : Hình ảnh biến trở

Đúng như tên gọi của nó là làm thay đổi điện trở, nguyên lý hoạt động chủ yếu của biến trở là các dây dẫn được tách rời dài ngắn khác nhau Trên các thiết bị sẽ có vi mạch điều khiển hay các núm vặn Khi thực hiện điều khiển các núm vặn các mạch kín sẽ thay đổi chiều dài dây dẫn khiến điện trở trong mạch thay đổi

Thực tế việc thiết kế mạch điện tử luôn có một khoảng sai số, nên khi thực hiện điều chỉnh mạch điện người ta phải dùng biến trở, lúc này biến trở có vai trò phân

áp, phân dòng trong mạch