Để làm quen với công việc thiết kế, chế tạo và tìm hiểu các về các loại linh kiện điện tử, chúng em đã được các thầy cô trong khoa cơ khí giao cho đồ án môn học “ Mạch chống trộm sử dụng
Trang 1TRUONG DAI HOC SU PHAM KY THUAT HUNG YEN
B®
DO AN Ki THUAT DIEN TU
DE TAI: THIET KE, CHE TAO MACH CHONG TROM SU
DUNG LED HONG NGOAI
Gido vién hwong dan : Bui Nguyễn Cường
Sinh viên thực hiện : Ngô Đức Minh
Vũ Hoài Nam
Hưng Yên — 2023
Trang 2A UA GIAO VIEN HUO A
Năng lực chung (Ý thức thực hiện và khả năng làm việc nhóm)
Năng lực chuyên môn (Kiên thức lý thuyết, khả năng thực hành)
Điểm kết luận
Hưng Yên, ngày tháng năm
NGƯỜI ĐÁNH GIÁ
Trang 3UO OU
LOI NOI DAU
CHUONG |: TONG QUAN VE DE TAI
1.1 Li do chon dé tai
1.2 Đối tượng nghiên cứu
1.3 Mục đích nghiên cứu
1.4 Ứng dụng
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN LINH KIỆN
2.1 LED thu, LED phát
2.2 Khái niệm
2.3 Nguyên lý hoạt động của LED thu phát hồng ngoại
2.3.1 Ứng dụng của LED thu phát hồng ngoại
2.4 Transistor
2.4.1 Khai niém
2.4.2 Cau tao ctia Transistor
2.4.3 Các loai transistor
2.4.4 Nguyên lý hoạt động (làm việc) của Transistor
2.5 Lua chon TIP 41:
Trang 53.3 Nguyên lí hoạt động
CHUONG 4: KET LUAN
29 31
Trang 6LOI NOI DAU
Trong những năm gần đây theo sự tiễn bộ của khoa học kỹ thuật, công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đang phát triển mạnh mẽ Trước tình hình đó
đã có khá nhiều yêu cầu cấp bách và cũng là những thách thức được đặt ra cho giới trí thức.Đề tiếp tục dẫn dắt sự phát triển của đất nước ngày càng giàu mạnh, thì phải đầu tư cho giáo duc, dao tao thé hệ trẻ có đủ kiến thức đề đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đảo tạo, thì phải đưa các phương tiện dạy học hiện đại vào trong giảng đường, trường học có như vậy thì trình độ con người ngày càng cao đáp ứng được yêu cầu của xã hội Để làm quen với công việc thiết kế, chế tạo và tìm hiểu các về các loại linh kiện điện tử, chúng em đã được các thầy cô trong khoa cơ khí giao cho đồ án môn học “ Mạch chống trộm sử dụng Led hồng ngoại thu phát ” nhằm củng cố về kiến thức trong quá trình thực tế Sau khi nhận được đề tài, với sự hướng dẫn của thầy cùng với sự nỗ lực của bản thân, sự tìm tòi nghiên cứu tài liệu đến nay đồ án của chúng em về mặt cơ bản đã hoàn thành Trong quá trình thực hiện dù đã có gắng nhưng do thời gian cũng như trình độ vẫn còn hạn chế nên không thê tránh khỏi sai sót Vậy em kính mong sự chỉ bảo giúp đỡ
và đóng góp ý kiên của các thây cô đề đô án của em được hoàn thiện hơn
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Nhóm sinh viên thực hiện:
NGÔ ĐỨC MINH
VŨ HOÀI NAM
Trang 7CHUONG 1: TONG QUAN VE DE TAI
1.1 Lido chon dé tai
Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến của thế giới, chúng ta đã và đang ngày một thay đôi, văn minh và hiện đại hơn Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nôi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ là những yếu tố rất cần thiết góp phân 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 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 Một trong những ứng dụng của rất quan trọng của ngành công nghệ điện tử là tự động băng hồng ngoại Sử dụng hồng ngoại được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp và các lĩnh vực khác trong cuộc sống với những thiết bị rất tính vi và đạt được năng suất, kinh tế thật cao Xuất phát từ những ứng dụng đó, chúng em đã thiết kế và thi công một mạch ứng dụng nhỏ trong thu phát hồng ngoại : “mạch chống trộm dùng bộ thu phát hồng ngoại”
1.2 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là thiết kế lắp ráp mạch chống trộm sử dụng led thu phát hồng ngoại
Trang 8CHUONG 2: TINH TOAN LỰA CHỌN LINH KIỆN
2.1 LED thu, LED phat
fio
2.2 Khái niệm
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 thê nhìn thây băng mắt thường có bước sóng nằm trong vùng ánh sáng không nhìn thấy
LED thu phát hồng ngoại về bản chất cũng giỗng một diode phát quang thông thường Tuy nhiên chúng có sự khác biệt đó là bước sóng nó phát ra không nằm trong vùng ánh sáng nhìn thấy Chính vì lý do đó mà mắt thường khó có thê quan sát được LED phát hồng ngoại phát ra ánh sáng nào Dựa vào tính chất nằm ngoài dải ánh sáng nhìn thấy nên chúng ít bị nhiễu bởi ánh sáng thông thường Điều đặc biệt là chúng không phát ra ánh sáng lên được ứng dụng rất nhiều trong các máy móc cần hoạt động vào ban đêm
2.3 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 thu phát hồng ngoại sử dụng điốt và nhiều chất bán dẫn đơn giản Điốt luôn có thiết kế sao cho dòng điện chỉ có thê chạy theo một hướng
Trang 9Khi các dòng điện chạy, electron roi từ một phần của điode vào lỗ trên một phân khác Đề rơi vào các lỗ này, các electron phải làm năng lượng dudi dang photon tạo ra ánh sáng
Led thu phát hồng ngoại sử dụng điôt và các loại chất bán dẫn đơn giản tương
tự như các bóng đèn led thông thường
Điôt được thiết kế cho phép dòng điện chỉ chạy theo một hướng
Khi dòng điện chạy, electron rơi ra tử điột làm năng lượng dưới dạng photon tạo ra ánh sáng, sau đó rơi vào lỗ trên của một phân khác
Đèn led thu phát hồng ngoại sử dụng vật liệu tạo ra ánh sáng nam trong phan hồng ngoại của quang phô
Các loại đèn led thu phát hồng ngoại khác nhau sẽ tạo ra ánh sáng hồng ngoại
có bước sóng khác nhau
2.3.1 Ứng dụng của LED thu phát hồng ngoại
a am nay duo wu u é 6 ai, cac dié é
é a A a én do dud ủ ững robot nhìn tô ạ
a 4m dén LED nayduo ử éu dé a ồ ạ
Bướ A ủaánh sang dug a u 6 4 éuduo ử u
u 6 ứclàngavdướ «& ắt ngườ é a
Đèn LED hồ ạ éa ồ ạ ủa các bướở
ống như các đèn LED khác nhau tạ ă khác nhau
é ồ ạ thường đượ ử ạch đệ vự động như cả
Trang 10- Làm điều khiển từ xa cho TV hoặc các thiết bị điện: Ánh sáng hồng ngoại phát ra
sẽ mang một mã số nhị phân cụ thể khi ta bắm nút lệnh trên điều khiến, sau đó thiết
bị sẽ vận hành đúng theo nút lệnh đó
- Làm cảm biến phát hiện, đếm số lượng sản phẩm trong dây chuyền sản xuất
- Là yếu tô cốt lỗi trong các loại cảm biến hồng ngoại — loại cảm biến được sự dụng rộng rãi nhất hiện nay Nhờ có led hồng ngoại mà loại cảm biến này có khả năng đo nhiệt độ, độ âm, nhận biết được sự chuyên động của vật thể và có khả năng bật tắt đèn tự động
- Giúp truyền dữ liệu giữa các thiết bị điện tử một cách dễ dàng, nhanh chóng qua công hồng ngoại gắn trên thiết bị
- Làm cảm biến dò đường cho robot hoặc các thiết bị phục vụ quân sự, đặc biệt là những thiết bị không người lái như tên lửa, máy bay chiến đấu
Trang 11- Điện thoại, máy tính xách tay, đồng hồ thông minh có gắn led hồng ngoại giúp thuận
tiện hơn khi truyền đữ liệu tầm ngắn
- Các thiết bị điện tử không dây như bàn phím, chuột máy tính có led hồng ngoại giúp bạn sử dụng đễ dàng hơn, không cần phải cắm dây cáp lẳng nhằng
- Led thu phát hồng ngoại được sử dụng trong một số thủ tục y tế hoặc mĩ phẩm
- Làm đèn pin cung cấp thêm ánh sáng cho máy ảnh hoặc các thiết bị nhìn vào ban đêm
- Sử dụng trong các thiết bị bảo vệ an ninh
- Làm bóng led hồng ngoại hỗ trợ camera, mở rộng góc nhìn lên đến 180 độ Thông số kỹ thuật :
Trang 12éch da a ột khóa đệ ử A ối đơn vị cơ bả ự
ua minh nén ching đượ ứ u é ứ ung tuong tự ố ừ ữ a A 6c nhu dié a a
A wou 6 éch da anh ta dé ay duo
transistor duo wou é ung tuong tự ố, như khuếch đại, đóng
ắt, điề inh điện áp, điề é é ạo dao động Transistor cting dug
Ỏ
Cũng giống như , transistor duo a ử A a dié
6 an dié A ữ ân điện dương tađượ 6
ộ ân điện dương na ữ an dién 4m ta dug 6
Trang 13Tên goi Transistor la tir ghép trong tiéng Anh cua "Transfer" va "resistor", tức điện trở chuyền đổi, do John R Pierce đặt năm 1948 sau khi nó ra đời Nó có ham
ý rằng thực hiện khuếch đại thông qua chuyên đôi điện trở, khác với khuếch đại đèn điện tử điều khiển dòng qua đèn thịnh hành thời kỳ đó
2.4.2 Cấu tạo của Transistor
a ai N hay P ) nhưng có kích thướ ồng độ ạ a
1 cho nhau duo
2.4.3 Các loại transistor
L E
Transistor $0 loai NPN Transistor $0 loai PNP
Hinh 2.5 Cac loai Trasnistor
Trang 14Bao g6m transistor thuan ( PNP) va ngich la (NPN)
Hình 2.7 Hoạt động của Transistor
Ta cấp một nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E trong đó (+) nguồn vào cực và (-) nguồn vào cực E
Trang 15Cấp nguồn một chiều UBE đi qua công tắc và trở hạn dòng vào hai cực B và
E, trong đó cực (+) vào chân B, cực (-) vào chân E
Khi công tắc mở, ta thấy rằng, mặc dù hai cực C và E
đã được cấp điện nhưng vẫn không có dòng điện chạy qua mối C E ( lúc nay dong IC =0)
Khi công tắc đóng, mối P-N được phân cực thuận do đó có một dòng điện chạy
từ (+) nguồn UBE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua mối BE về cực (-) tạo thành dòng IB
Ngay khi dòng IB xuất hiện => lập tức cũng có dòng IC chạy qua mối CE làm bong dén phat sang, va dong IC mạnh gấp nhiều lần đòng IB
Như vậy rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB và phụ thuộc theo một công thức
IC = B.IB
Trong đó IC là dòng chạy qua mối CE
IB là dòng chạy qua mối BE
B là hệ số khuyếch dai cua Transistor
Giải thích : Khi có điện áp UCE nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua mối tiếp giáp P-N đề tạo thành dòng điện, khi xuất hiện dòng IBE do lớp bán dẫn
P tại cực B rất mỏng và nông độ pha tạp thấp, vì vậy số điện tử tự do từ lớp bán dẫn
N ( cực E ) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P( cực B ) lớn hơn số lượng lỗ trỗng rất nhiều, một phan nhỏ trong số các điện tử đó thế vào lỗ trống tạo thành dòng IB còn phần lớn số điện tử bị hút về phía cực C dưới tác dung của điện áp UCE => tạo thành dong ICE chay qua Transistor
— Xét hoạt động của Transistor PNP
Su hoat dong cua Transistor PNP hoan toan tuong tu Transistor NPN nhung cực tính của các nguồn điện UCE va UBE ngược lại Dòng IC di từ E sang C còn dong IB di tir E sang B
10
Trang 16Ky hiéu va hinh dang cua Transistor
Hiện nay trên thị trường có nhiêu loại Transistor của nhiêu nước sản xuât nhưng thông dụng nhất là các transistor của Nhật bản, Mỹ và Trung quốc
Transistor Nhật bản : thường ký hiệu là A , B ,C ,D Ví dụ A564, B733, C&28, D1555 trong đó các Transistor ký hiệu la A va B 1a Transistor thuan PNP còn ký hiệu là C va D là Transistor ngược NPN các Transistor A và C thường có công xuất nhỏ và tần số làm việc cao còn các Transistor B và D thường có công xuất lớn và tần số làm việc thấp hơn
2.5 Lua chon TIP 41:
Lwa chon TIP 41 với giá thành rẻ, đáp ứng được nhu cầu, thay thế tiện lợi 2.5.1 Thông số kĩ thuật:
Loại - NPN
Điện áp Collector-Emitter: 100 V
II
Trang 17Điện ap Collector-Base: 100 V
Dién ap Emitter-Base: 5 V
Dong Collector: 6 A
Công suất tiêu tan Collector - 65 W
Mure tang dong DC (hfe) - 15 đến 75
Tan s6 chuyén déi - 3 MHz
Nhiệt độ vận hành và lưu trữ từ -65 dén +150 °C
2.5.2 Sơ đồ chân pinout TIP41C
1.B 2.C 3.E
=a
Hinh 2.8 Tip4le
12
Trang 182.6 IC so sanh
2.6.1 Khải niệm
Mạch so sanh hay Comparator, con goi la Op-Amp Comparator trong ky thuật điện tử là phần tử /ực hiện so sánh hai giá trị điện áp hoặc dòng điện đưa tới ngõ vào thuận và đảo, và cho ra kết quả nhị phân biểu hiện giá trị thuận có lớn hơn không
Phần lớn mạch được chế phục vụ so điện áp
Thuật ngữ Comparator thường được dùng với ý nghĩa này Khi cần phân biệt thi ding Op-Amp Comparator, vi dụ phân biệt với các mạch so sánh số là "Digital comparator" Đôi khi mạch còn được gọi là ADC | bit
2.6.2 Nguyên lí hoạt động
Mạch gồm hai phan: mạch ngõ vào là một khuếch đại thuật toán có hệ số khuếch lớn, và mạch ngõ ra thông dụng của các mạch logic
Theo biếu diễn trong ký hiệu mạch so sánh, với Vị ở ngõ vào thuận, thi:
Néu V1 > V2, Vout la logic 1 (high)
Néu V1 < V2, Vout la logic 0 (low)
Sự bất dinh xay ra khi V1 ~ V2, nhung thuong được khử bằng các phản hồi dương để tạo trễ
2.6.3 Lua Chon IC LM358
Hinh 2.9 LM358
13
Trang 19IC LM358 là một IC khuếch đại thuật toán kép đạng chân cắm (DIP) công suất thấp Bộ khuếch đại nảy sẽ có nhiều ưu điểm hơn so với những bộ khuếch đại thuật toán đơn khi có thể xử lý được nhiều tác vụ trong mạch
Trang 20a ệ độ a do - do
Nhu vay, LM358 hoat déng 6 nguén điện áp thấp 3V đến 32V Công suất máng
cuc thap mà độ lợi cao lên đến 100đB 2 bộ khuếch đại bên trong tương thích với
nhiều loại mạch logic khác nhau
2.7 Điện trở (Resistor)
2.7.1 Khải niệm
Điện trở là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của vật liệu Điện trở được định nghĩa là tỉ số của hiệu điện thế giữa hai đầu vật thể đó với cường độ dòng điện di qua no
Trang 212.7.2 Phén loai
- Điện trở thường : các điện trở có công xuất nhỏ từ 0,125W đến 0,5W
- Điện trở công xuất : các điện trở có công xuất lớn hơn từ 1 W, 2 W, 5 W, I0W
- Điện trở sứ, điện trở nhiệt : các điện trở công xuât, điện trở này có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng toả nhiệt
- Biến trở (Chiết áp): là một loại điện trở có thê thay đổi được trị số
2.7.3 Đọc giá trị
- Dựa vào vòng màu