Thiết bị này khi tiếp xúc với ánh sáng chúng sẽ thay đổi trạng thái, cảm biến quang sử dụng ánh sáng phát ra từ bộ phận phát đểphát hiện sự hiện diện của vật thể.. Hiện nay nhiều loại cả
QUAN ĐỀ TÀI “NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU VỀ CẢM BIẾN
Cảm biến quang là gì ?
Trước khi đi vào nội dung chính, chúng ta sẽ khám phá tổng quan về cảm biến quang, hay còn gọi là Photoelectric.
Cảm biến quang (Sensor) là thiết bị gồm các linh kiện quang điện, hoạt động dựa trên sự thay đổi trạng thái khi tiếp xúc với ánh sáng Thiết bị này sử dụng ánh sáng từ bộ phận phát để phát hiện sự hiện diện của vật thể, và khi có sự thay đổi ở bộ phận thu, mạch điều khiển sẽ tạo ra tín hiệu ở ngõ OUT Cảm biến quang đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp tự động hóa, vì nếu thiếu chúng, việc tự động hóa sẽ trở nên khó khăn, giống như làm việc mà không có khả năng quan sát.
Cấu tạo của cảm biến quang là gì ?
Một cảm biến quang thường bao gồm ba bộ phận chính: bộ phận phát sáng, bộ phận thu sáng và mạch xử lý tín hiệu đầu ra Hình ảnh dưới đây sẽ giúp bạn hình dung rõ hơn về cấu tạo của cảm biến này.
Cảm biến quang thường sử dụng phototransistor làm bộ thu sáng, có chức năng nhận diện ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ Hiện nay, nhiều cảm biến quang áp dụng mạch tích hợp chuyên dụng ASIC, tích hợp đầy đủ các bộ phận quang, khuếch đại và chức năng xử lý vào một vi mạch Bộ phận thu có khả năng nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phát hoặc từ ánh sáng phản xạ của vật thể cần phát hiện.
Cảm biến quang thường sử dụng đèn bán dẫn LED, phát ra ánh sáng theo dạng xung, giúp phân biệt ánh sáng từ cảm biến với ánh sáng từ các nguồn khác như ánh nắng mặt trời Các loại LED phổ biến bao gồm LED đỏ, LED hồng ngoại và LED laser, bên cạnh đó, một số cảm biến đặc biệt còn sử dụng LED trắng hoặc xanh lá, và trong một số trường hợp, LED vàng cũng được sử dụng.
Mạch xử lý tín hiệu đầu ra:
Mạch đầu ra của cảm biến quang chuyển tín hiệu tỉ lệ từ tranzito quang thành tín hiệu ON/OFF được khuếch đại Khi ánh sáng thu được vượt quá ngưỡng xác định, tín hiệu ra sẽ được kích hoạt Mặc dù cảm biến thế hệ trước thường sử dụng tiếp điểm rơ-le, hiện nay, cảm biến chủ yếu sử dụng tín hiệu ra bán dẫn (PNP/NPN) Ngoài ra, một số cảm biến quang còn cung cấp tín hiệu tỉ lệ phục vụ cho các ứng dụng đo đếm.
Những loại cảm biến quang thông dụng
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại cảm biến quang, nhưng ba loại phổ biến nhất mà chúng ta thường gặp là: cảm biến quang truyền thống, cảm biến quang hồng ngoại và cảm biến quang laser.
Cảm biến quang khuếch tán (diffuse reflection sensor): Đặc điểm của cảm biến:
Cảm biến quang phản xạ khuếch tán là thiết bị có bộ thu và phát chung, thường được sử dụng để phát hiện vật thể trong hệ thống máy móc tự động Chúng giúp giám sát vị trí lắp đặt của các thiết bị, với đặc điểm nổi bật là bị ảnh hưởng bởi bề mặt, màu sắc và khoảng cách tối đa 2m Thiết bị này thường xuất hiện trong các dây chuyền sản xuất, quy trình đóng gói sản phẩm và trong việc đếm số lượng sản phẩm để đưa vào thùng hoặc bộ lô.
Cảm biến dạng này sẽ hoạt động theo 2 trạng thái duy nhất đó là:
Cảm biến phát hiện vật cản hoạt động bằng cách phát ánh sáng liên tục từ bộ phát đến bề mặt vật cản Ánh sáng này sẽ phản xạ trở lại và được thu nhận tại vị trí thu sáng.
Trạng thái không vật cản xảy ra khi không có vật cản nào, cho phép ánh sáng đi vào mà không bị phản xạ lại Điều này có nghĩa là ánh sáng không bị chặn và bề mặt vật thể không phản xạ ánh sáng về vị trí thu.
Cảm biến quang thu phát chung (through – beam sensor): Đặc điểm của cảm biến:
Cảm biến quang thu phát độc lập là loại cảm biến ánh sáng không phản xạ, bao gồm một thiết bị phát ánh sáng và một thiết bị thu ánh sáng được lắp đặt đối diện nhau Điểm nổi bật của loại cảm biến này là khả năng hoạt động không bị ảnh hưởng bởi bề mặt, màu sắc, và có khoảng cách phát hiện lên đến 60m.
Loại cảm biến này cũng hoạt động theo 2 trạng thái duy nhất đó là:
Trạng thái không có vật cản: cảm biến phát ánh sáng và cảm biến thu ánh sáng Quá trình phát và thu ánh sáng liên tục với nhau
Trạng thái có vật cản: cảm biến phát vẫn phát ánh sáng nhưng cảm biến thu ánh sáng không thu được ánh sáng (bị vật cản che chắn)
Cảm biến quang phản xạ gương (retro – reflection sensor): Đặc điểm của cảm biến:
Bộ cảm biến quang điện phản xạ gương tích hợp cả bộ phát và thu ánh sáng trong một thiết bị duy nhất Nó đi kèm với một gương phản xạ đặc biệt, giúp tối ưu hóa khả năng phát hiện Cảm biến này nổi bật với tính năng lắp đặt dễ dàng, tiết kiệm dây dẫn và khả năng phát hiện các vật thể trong suốt hoặc mờ, với khoảng cách tối đa lên đến 15m.
Khi cảm biến hoạt động bộ phát ánh sáng sẽ phát ánh sáng đến gương, sẽ có 2 trường hợp:
Khi không có vật cản: thì gương sẽ phản xạ lại bộ thu ánh sáng.
Khi có vật cản đi qua, tần số ánh sáng phản xạ sẽ bị thay đổi hoặc ánh sáng thu được sẽ bị mất Lúc này, cảm biến sẽ phát tín hiệu điện PNP hoặc NPN.
Ứng dụng cảm biến quang
Cảm biến quang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực với nhiều lý do khác nhau Để tiết kiệm thời gian, dưới đây là một số ứng dụng tiêu biểu của cảm biến quang mà chúng ta có thể tham khảo.
Cảm biến quang đo chiều cao mực nước
Phát hiện người và vật đi qua cửa
Phát hiện xe trong bãi giữ xe
Phát hiện các nhãn bị thiếu trên chai
Kiểm tra sản phẩm đi qua trong quá trình rửa, sơ chế, đóng gói, thành phẩm,
Kiểm tra đường đi của xe ô tô, thực phẩm đóng hộp, nước đóng chai,… trên băng tải
Xác định được mức độ cao của mực cà phê, nước ngọt, chất lỏng, trong lon, hộp,…
Đếm chai di chuyển trên băng tải tốc độ cao
Đếm số lượng hoa quả để cho vào một thùng chứa
Đảm bảo kiểm soát an toàn khi mở và đóng cửa nhà xe
Bật vòi nước rửa bằng sóng của bàn tay.
Và còn rất nhiều ứng dụng khác nữa,…
Các thông số của cảm biến quang là gì ?
Thông thường thì với một cảm biến quang chúng ta sẽ có các thông số cấu tạo cần lưu ý như sau:
Loại cảm biến: thu – phát, phản xạ gương, phản xạ khuếch tán
Nguồn cấp: cảm biến sử dụng nguồn 12-24VDC, 24-240VAC ±10%
Ngõ ra: ngõ ra tiếp điểm relay 30VDC 3A, 250VAC 3A tải thuần trở, cấu tạo tiếp điểm: 1c
Khoảng cách phát hiện: 15m (Loại thu – phát); 0.1~3m, 0.1~5m (phản xạ gương); 700mm (phản xạ khuếch tán)
Độ trễ: lớn nhất 20% khoảng cách cài đặt định mức (phản xạ khuếch tán)
Vật phỏt hiện chuõ̉n: vật mờ đục ỉ15 mm (thu-phỏt), vật mờ đục ỉ60 mm
(phản xạ gương), vật mờ đục – trong mờ (phản xạ khuếch tán)
Nguồn sáng: sử dụng LED hồng ngoại (940nm), LED hồng ngoại
Chế độ hoạt động: có thể lựa chọn Light ON hay Dark ON bởi công tắc
Chỉ thị hoạt động: đèn led xanh lá (chỉ thị nguồn, sự ổn định), led vàng
Thời gian đáp ứng: Max.1ms, 20ms
Điều chỉnh độ nhạy: biến trở điều chỉnh
Cách điều chỉnh độ nhạy cảm biến như thế nào ?
Các loại cảm biên quang tiêu chuẩn trên thị trường hiện nay sẽ thường có 2 khả năng chỉnh độ nhạy:
Người sử dụng có thể điều chỉnh ngưỡng, tức là mức ánh sáng cần thiết để kích hoạt đầu ra của cảm biến Khi ánh sáng đạt hoặc vượt qua ngưỡng này, tín hiệu sẽ được xuất ra Việc thay đổi ngưỡng ảnh hưởng đến khoảng cách phát hiện, giúp cảm biến nhạy hơn trong việc phát hiện các vật nhỏ hoặc vật thể trong môi trường mờ Một số nhãn hiệu cảm biến quang trang bị biến trở vặn vít để điều chỉnh ngưỡng, trong khi một số khác có nút đặt ngưỡng (teach) nhằm tối ưu hóa ngưỡng cho từng ứng dụng cụ thể.
Công tắc chuyển Light-On / Dark-On: công tắc L-On / D-On thay đổi tình trạng đầu ra cảm biến.
THIẾT KẾ MẠCH CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG
Đế bắt dây
Thiết kế chế tạo mạch
Thiết kế chế tạo mạch
3.2 : Phân tích nguyên lý hoạt động
3.3 : Thi công và kết quả
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN ĐỀ TÀI “NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU VỀ CẢM
1.1 Cảm biến quang là gì ?
Trước khi đi vào nội dung chính, chúng ta sẽ điểm qua những thông tin cơ bản về cảm biến quang, hay còn gọi là Photoelectric.
Cảm biến quang là một thiết bị quan trọng trong công nghiệp tự động hóa, bao gồm các linh kiện quang điện có khả năng thay đổi trạng thái khi tiếp xúc với ánh sáng Thiết bị này sử dụng ánh sáng phát ra từ bộ phận phát để phát hiện sự hiện diện của vật thể Khi có sự thay đổi tại bộ phận thu, mạch điều khiển sẽ gửi tín hiệu ra ngõ OUT Thiếu cảm biến quang, quá trình tự động hóa sẽ trở nên khó khăn, giống như làm việc mà không có khả năng quan sát.
1.2 Cấu tạo của cảm biến quang là gì ?
Cảm biến quang thường bao gồm ba bộ phận chính: bộ phận phát sáng, bộ phận thu sáng và mạch xử lý tín hiệu đầu ra Hình ảnh minh họa bên dưới sẽ giúp bạn dễ dàng hình dung cấu tạo của cảm biến này.
Cảm biến quang thường sử dụng phototransistor làm bộ thu sáng, có khả năng cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ Hiện nay, nhiều cảm biến quang áp dụng mạch tích hợp chuyên dụng ASIC, tích hợp toàn bộ các bộ phận quang, khuếch đại và xử lý vào một vi mạch duy nhất Bộ phận thu có thể tiếp nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phát hoặc ánh sáng phản xạ từ vật thể được phát hiện.
Cảm biến quang thường sử dụng đèn LED bán dẫn, phát ra ánh sáng dưới dạng xung, giúp phân biệt ánh sáng từ cảm biến với nguồn sáng khác như ánh nắng mặt trời Các loại LED phổ biến bao gồm LED đỏ, LED hồng ngoại và LED lazer, trong khi một số cảm biến đặc biệt có thể sử dụng LED trắng hoặc xanh lá, thậm chí là LED vàng trong một số trường hợp.
Mạch xử lý tín hiệu đầu ra:
Mạch đầu ra của cảm biến quang chuyển đổi tín hiệu tỉ lệ (analogue) thành tín hiệu ON/OFF được khuếch đại khi ánh sáng thu được vượt ngưỡng xác định Mặc dù cảm biến thế hệ trước vẫn sử dụng tiếp điểm rơ-le cho tín hiệu ra, nhưng hiện nay, cảm biến chủ yếu sử dụng tín hiệu ra bán dẫn (PNP/NPN) Ngoài ra, một số cảm biến quang còn cung cấp tín hiệu tỉ lệ ra để phục vụ cho các ứng dụng đo đếm.
1.3 Những loại cảm biến quang thông dụng:
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại cảm biến quang, nhưng ba loại phổ biến nhất mà chúng ta thường gặp bao gồm: cảm biến quang phản xạ, cảm biến quang xuyên và cảm biến quang khuếch tán.
Cảm biến quang khuếch tán (diffuse reflection sensor): Đặc điểm của cảm biến:
Cảm biến quang phản xạ khuếch tán là thiết bị có chức năng thu và phát chung, thường được sử dụng để phát hiện vật thể trong hệ thống máy móc tự động Chúng giúp giám sát vị trí lắp đặt của các thiết bị, với đặc điểm nổi bật là bị ảnh hưởng bởi bề mặt, màu sắc và có khoảng cách tối đa lên tới 2m Cảm biến này thường xuất hiện trong các dây chuyền sản xuất, quy trình đóng gói sản phẩm, cũng như trong việc đếm số lượng sản phẩm để đưa vào thùng hoặc lô.
Cảm biến dạng này sẽ hoạt động theo 2 trạng thái duy nhất đó là:
Cảm biến báo phát hiện vật cản hoạt động bằng cách phát ánh sáng liên tục từ bộ phát đến bề mặt vật cản Ánh sáng này sau đó phản xạ trở lại vị trí thu sáng, giúp xác định sự hiện diện của vật cản một cách hiệu quả.
Trạng thái không vật cản xảy ra khi không có vật cản nào can thiệp, dẫn đến ánh sáng không bị phản xạ trở lại vị trí thu nhận Khi bề mặt vật không phản xạ ánh sáng, điều này cũng góp phần vào trạng thái không vật cản.
Cảm biến quang thu phát chung (through – beam sensor): Đặc điểm của cảm biến:
Cảm biến quang thu phát độc lập là loại cảm biến ánh sáng không phản xạ, bao gồm một bộ phát và một bộ thu ánh sáng được lắp đặt đối diện nhau Điểm nổi bật của cảm biến này là khả năng hoạt động không bị ảnh hưởng bởi bề mặt hay màu sắc, với khoảng cách phát hiện lên đến 60m.
Loại cảm biến này cũng hoạt động theo 2 trạng thái duy nhất đó là:
Trạng thái không có vật cản: cảm biến phát ánh sáng và cảm biến thu ánh sáng Quá trình phát và thu ánh sáng liên tục với nhau
Trạng thái có vật cản: cảm biến phát vẫn phát ánh sáng nhưng cảm biến thu ánh sáng không thu được ánh sáng (bị vật cản che chắn)
Cảm biến quang phản xạ gương (retro – reflection sensor): Đặc điểm của cảm biến:
Bộ cảm biến quang điện phản xạ gương kết hợp bộ phát và thu ánh sáng trong một thiết bị duy nhất Với gương phản xạ đặc biệt, cảm biến này cho phép lắp đặt dễ dàng và tiết kiệm dây dẫn Nó có khả năng phát hiện các vật thể trong suốt hoặc mờ với khoảng cách tối đa lên đến 15m.
Khi cảm biến hoạt động bộ phát ánh sáng sẽ phát ánh sáng đến gương, sẽ có 2 trường hợp:
Khi không có vật cản: thì gương sẽ phản xạ lại bộ thu ánh sáng.
Khi có vật cản đi qua, tần số ánh sáng phản xạ sẽ bị thay đổi hoặc ánh sáng thu được sẽ bị mất Trong tình huống này, cảm biến sẽ phát tín hiệu điện PNP hoặc NPN.
1.4 Ứng dụng cảm biến quang:
Cảm biến quang có nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống và công nghiệp Dưới đây là một số ứng dụng tiêu biểu của loại thiết bị này: chúng được sử dụng trong hệ thống chiếu sáng tự động, kiểm soát giao thông, phát hiện chuyển động, và trong các thiết bị y tế để theo dõi sức khỏe Việc liệt kê các ứng dụng này giúp chúng ta hiểu rõ hơn về tầm quan trọng và tính đa dạng của cảm biến quang trong cuộc sống hàng ngày.
Cảm biến quang đo chiều cao mực nước
Phát hiện người và vật đi qua cửa
Phát hiện xe trong bãi giữ xe
Phát hiện các nhãn bị thiếu trên chai
Kiểm tra sản phẩm đi qua trong quá trình rửa, sơ chế, đóng gói, thành phẩm,
Kiểm tra đường đi của xe ô tô, thực phẩm đóng hộp, nước đóng chai,… trên băng tải
Xác định được mức độ cao của mực cà phê, nước ngọt, chất lỏng, trong lon, hộp,…
Đếm chai di chuyển trên băng tải tốc độ cao
Đếm số lượng hoa quả để cho vào một thùng chứa
Đảm bảo kiểm soát an toàn khi mở và đóng cửa nhà xe
Bật vòi nước rửa bằng sóng của bàn tay.
Và còn rất nhiều ứng dụng khác nữa,…
Các thông số của cảm biến quang là gì ?
Thông thường thì với một cảm biến quang chúng ta sẽ có các thông số cấu tạo cần lưu ý như sau:
Loại cảm biến: thu – phát, phản xạ gương, phản xạ khuếch tán
Nguồn cấp: cảm biến sử dụng nguồn 12-24VDC, 24-240VAC ±10%
Ngõ ra: ngõ ra tiếp điểm relay 30VDC 3A, 250VAC 3A tải thuần trở, cấu tạo tiếp điểm: 1c
Khoảng cách phát hiện: 15m (Loại thu – phát); 0.1~3m, 0.1~5m (phản xạ gương); 700mm (phản xạ khuếch tán)
Độ trễ: lớn nhất 20% khoảng cách cài đặt định mức (phản xạ khuếch tán)
Vật phỏt hiện chuõ̉n: vật mờ đục ỉ15 mm (thu-phỏt), vật mờ đục ỉ60 mm
(phản xạ gương), vật mờ đục – trong mờ (phản xạ khuếch tán)
Nguồn sáng: sử dụng LED hồng ngoại (940nm), LED hồng ngoại
Chế độ hoạt động: có thể lựa chọn Light ON hay Dark ON bởi công tắc
Chỉ thị hoạt động: đèn led xanh lá (chỉ thị nguồn, sự ổn định), led vàng
Thời gian đáp ứng: Max.1ms, 20ms
Điều chỉnh độ nhạy: biến trở điều chỉnh
Cách điều chỉnh độ nhạy cảm biến như thế nào ?
Các loại cảm biên quang tiêu chuẩn trên thị trường hiện nay sẽ thường có 2 khả năng chỉnh độ nhạy:
Người sử dụng có thể điều chỉnh ngưỡng ánh sáng để kích hoạt đầu ra của cảm biến, giúp tăng hoặc giảm khoảng cách phát hiện Việc điều chỉnh ngưỡng không chỉ làm cho cảm biến nhạy hơn mà còn giúp phát hiện các vật thể nhỏ hơn hoặc trong điều kiện mờ Một số nhãn hiệu cảm biến quang trang bị biến trở vặn vít để điều chỉnh ngưỡng, trong khi một số khác có nút đặt ngưỡng (teach) để tối ưu hóa cho từng ứng dụng cụ thể.
Công tắc chuyển Light-On / Dark-On: công tắc L-On / D-On thay đổi tình trạng đầu ra cảm biến.
CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ MẠCH CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG
led
Thiết kế chế tạo mạch
Thiết kế chế tạo mạch
3.2 : Phân tích nguyên lý hoạt động
3.3 : Thi công và kết quả
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN ĐỀ TÀI “NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU VỀ CẢM
1.1 Cảm biến quang là gì ?
Trước khi đi vào nội dung chính, chúng ta hãy cùng tìm hiểu sơ lược về cảm biến quang, hay còn gọi là Photoelectric.
Cảm biến quang là một thiết bị được cấu thành từ các linh kiện quang điện, có khả năng thay đổi trạng thái khi tiếp xúc với ánh sáng Thiết bị này sử dụng ánh sáng phát ra từ bộ phận phát để phát hiện sự hiện diện của vật thể Khi có sự thay đổi ở bộ phận thu, mạch điều khiển sẽ xuất tín hiệu tại ngõ OUT Cảm biến quang đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp tự động hóa, vì nếu thiếu nó, quá trình tự động hóa sẽ gặp khó khăn, giống như làm việc mà không thể nhìn thấy.
1.2 Cấu tạo của cảm biến quang là gì ?
Cảm biến quang thường bao gồm ba bộ phận chính: bộ phận phát sáng, bộ phận thu sáng và mạch xử lý tín hiệu đầu ra Hình ảnh minh họa bên dưới sẽ giúp bạn dễ dàng hình dung cấu tạo của cảm biến này.
Cảm biến quang thường sử dụng phototransistor, hay còn gọi là tranzito quang, để thu nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ Hiện nay, nhiều loại cảm biến quang áp dụng mạch tích hợp chuyên dụng ASIC (Application Specific Integrated Circuit), tích hợp tất cả các thành phần quang, khuếch đại và mạch xử lý vào một vi mạch duy nhất Bộ phận thu có khả năng nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phát, như trong trường hợp thu-phát, hoặc ánh sáng phản xạ từ vật thể bị phát hiện, như trong trường hợp phản xạ khuếch tán.
Cảm biến quang thường sử dụng đèn LED bán dẫn, phát ra ánh sáng theo dạng xung, giúp phân biệt ánh sáng của cảm biến với ánh sáng từ các nguồn khác như ánh nắng mặt trời Các loại LED phổ biến bao gồm LED đỏ, LED hồng ngoại và LED laser, trong khi một số cảm biến đặc biệt còn sử dụng LED trắng hoặc xanh lá Ngoài ra, LED vàng cũng có thể được sử dụng trong một số trường hợp nhất định.
Mạch xử lý tín hiệu đầu ra:
Mạch đầu ra của cảm biến quang chuyển tín hiệu tỉ lệ từ tranzito quang thành tín hiệu ON/OFF được khuếch đại Khi lượng ánh sáng thu được vượt ngưỡng xác định, tín hiệu ra sẽ được kích hoạt Mặc dù cảm biến thế hệ trước với mạch nguồn tích hợp và tín hiệu ra là tiếp điểm rơ-le vẫn phổ biến, hiện nay, cảm biến chủ yếu sử dụng tín hiệu ra bán dẫn (PNP/NPN) Ngoài ra, một số cảm biến quang còn cung cấp tín hiệu tỉ lệ ra cho các ứng dụng đo đếm.
1.3 Những loại cảm biến quang thông dụng:
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại cảm biến quang, nhưng ba loại phổ biến nhất mà bạn thường gặp là: cảm biến quang phản xạ, cảm biến quang xuyên, và cảm biến quang khuếch tán.
Cảm biến quang khuếch tán (diffuse reflection sensor): Đặc điểm của cảm biến:
Cảm biến quang phản xạ khuếch tán là thiết bị có bộ thu và phát chung, thường được sử dụng để phát hiện vật thể trong hệ thống máy móc tự động và giám sát vị trí lắp đặt của thiết bị Điểm nổi bật của loại cảm biến này là sự ảnh hưởng của bề mặt, màu sắc và khoảng cách tối đa lên đến 2m Chúng thường xuất hiện trong các dây chuyền sản xuất, quy trình đóng gói sản phẩm và trong việc đếm sản phẩm để đưa vào thùng hoặc bộ lô.
Cảm biến dạng này sẽ hoạt động theo 2 trạng thái duy nhất đó là:
Cảm biến phát hiện vật cản hoạt động bằng cách phát ánh sáng liên tục từ bộ phát đến bề mặt vật cản Ánh sáng này sẽ được phản xạ trở lại vị trí thu sáng, cho phép xác định sự hiện diện của vật cản.
Trạng thái không vật cản xảy ra khi không có vật cản nào ngăn chặn ánh sáng, dẫn đến việc ánh sáng không phản xạ về vị trí thu hoặc bề mặt vật không phản xạ ánh sáng về vị trí thu.
Cảm biến quang thu phát chung (through – beam sensor): Đặc điểm của cảm biến:
Cảm biến quang thu phát độc lập là loại cảm biến ánh sáng không phản xạ, bao gồm một thiết bị phát ánh sáng và một thiết bị thu ánh sáng được lắp đặt đối diện nhau Đặc điểm nổi bật của loại cảm biến này là khả năng hoạt động không bị ảnh hưởng bởi bề mặt, màu sắc và có thể phát hiện khoảng cách lên đến 60m.
Loại cảm biến này cũng hoạt động theo 2 trạng thái duy nhất đó là:
Trạng thái không có vật cản: cảm biến phát ánh sáng và cảm biến thu ánh sáng Quá trình phát và thu ánh sáng liên tục với nhau
Trạng thái có vật cản: cảm biến phát vẫn phát ánh sáng nhưng cảm biến thu ánh sáng không thu được ánh sáng (bị vật cản che chắn)
Cảm biến quang phản xạ gương (retro – reflection sensor): Đặc điểm của cảm biến:
Bộ cảm biến quang điện phản xạ gương tích hợp cả bộ phát và thu ánh sáng trên cùng một thiết bị Sử dụng gương phản xạ đặc biệt, cảm biến này có ưu điểm lắp đặt dễ dàng, tiết kiệm dây dẫn và khả năng phát hiện các vật thể trong suốt hoặc mờ với khoảng cách tối đa lên đến 15m.
Khi cảm biến hoạt động bộ phát ánh sáng sẽ phát ánh sáng đến gương, sẽ có 2 trường hợp:
Khi không có vật cản: thì gương sẽ phản xạ lại bộ thu ánh sáng.
Khi có vật cản đi qua, tần số của ánh sáng phản xạ sẽ bị thay đổi hoặc ánh sáng thu được có thể bị mất Trong tình huống này, cảm biến sẽ phát tín hiệu điện PNP hoặc NPN.
1.4 Ứng dụng cảm biến quang:
Cảm biến quang có nhiều ứng dụng quan trọng trong cuộc sống hàng ngày Chúng được sử dụng trong các lĩnh vực như tự động hóa công nghiệp, hệ thống an ninh, và thiết bị y tế Ngoài ra, cảm biến quang cũng đóng vai trò quan trọng trong công nghệ giao thông thông minh và quản lý năng lượng Dưới đây là một số ứng dụng tiêu biểu của cảm biến quang mà chúng ta có thể tham khảo.
Cảm biến quang đo chiều cao mực nước
Phát hiện người và vật đi qua cửa
Phát hiện xe trong bãi giữ xe
Phát hiện các nhãn bị thiếu trên chai
Kiểm tra sản phẩm đi qua trong quá trình rửa, sơ chế, đóng gói, thành phẩm,
Kiểm tra đường đi của xe ô tô, thực phẩm đóng hộp, nước đóng chai,… trên băng tải
Xác định được mức độ cao của mực cà phê, nước ngọt, chất lỏng, trong lon, hộp,…
Đếm chai di chuyển trên băng tải tốc độ cao
Đếm số lượng hoa quả để cho vào một thùng chứa
Đảm bảo kiểm soát an toàn khi mở và đóng cửa nhà xe
Bật vòi nước rửa bằng sóng của bàn tay.
Và còn rất nhiều ứng dụng khác nữa,…
Các thông số của cảm biến quang là gì ?
Thông thường thì với một cảm biến quang chúng ta sẽ có các thông số cấu tạo cần lưu ý như sau:
Loại cảm biến: thu – phát, phản xạ gương, phản xạ khuếch tán
Nguồn cấp: cảm biến sử dụng nguồn 12-24VDC, 24-240VAC ±10%
Ngõ ra: ngõ ra tiếp điểm relay 30VDC 3A, 250VAC 3A tải thuần trở, cấu tạo tiếp điểm: 1c
Khoảng cách phát hiện: 15m (Loại thu – phát); 0.1~3m, 0.1~5m (phản xạ gương); 700mm (phản xạ khuếch tán)
Độ trễ: lớn nhất 20% khoảng cách cài đặt định mức (phản xạ khuếch tán)
Vật phỏt hiện chuõ̉n: vật mờ đục ỉ15 mm (thu-phỏt), vật mờ đục ỉ60 mm
(phản xạ gương), vật mờ đục – trong mờ (phản xạ khuếch tán)
Nguồn sáng: sử dụng LED hồng ngoại (940nm), LED hồng ngoại
Chế độ hoạt động: có thể lựa chọn Light ON hay Dark ON bởi công tắc
Chỉ thị hoạt động: đèn led xanh lá (chỉ thị nguồn, sự ổn định), led vàng
Thời gian đáp ứng: Max.1ms, 20ms
Điều chỉnh độ nhạy: biến trở điều chỉnh
Cách điều chỉnh độ nhạy cảm biến như thế nào ?
Các loại cảm biên quang tiêu chuẩn trên thị trường hiện nay sẽ thường có 2 khả năng chỉnh độ nhạy:
Người sử dụng có thể điều chỉnh ngưỡng ánh sáng để kích hoạt đầu ra của cảm biến quang, giúp tăng hoặc giảm khoảng cách phát hiện Việc điều chỉnh ngưỡng không chỉ làm cho cảm biến nhạy hơn mà còn cho phép phát hiện các vật nhỏ hơn hoặc vật trong môi trường mờ Một số nhãn hiệu cảm biến quang được trang bị biến trở để điều chỉnh ngưỡng, trong khi những nhãn hiệu khác có nút đặt ngưỡng (teach) nhằm tối ưu hóa ngưỡng cho từng ứng dụng cụ thể.
Công tắc chuyển Light-On / Dark-On: công tắc L-On / D-On thay đổi tình trạng đầu ra cảm biến.
CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ MẠCH CẢM BIẾN ĐIỆN DUNG
Diode
Điốt bán dẫn, hay còn gọi đơn giản là điốt, là linh kiện điện tử cho phép dòng điện chỉ đi theo một chiều duy nhất Cấu tạo của điốt thường là sự kết hợp giữa bán dẫn loại P và loại N, với hai chân anode và cathode Mạch chỉnh lưu, chứa các linh kiện điện tử, có chức năng biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều và thường được sử dụng trong các bộ nguồn một chiều cũng như trong các thiết bị vô tuyến Các điốt bán dẫn trong mạch chỉnh lưu giúp điều khiển dòng điện, bên cạnh các linh kiện khác như đèn chỉnh lưu thủy ngân Điốt là linh kiện bán dẫn đầu tiên, được phát hiện khả năng chỉnh lưu của tinh thể bởi nhà vật lý Ferdinand Braun vào năm 1874, và điốt bán dẫn đầu tiên được phát triển vào năm 1906 từ các tinh thể khoáng vật như galena Hiện nay, phần lớn điốt được chế tạo từ silic, mặc dù selen và germani cũng được sử dụng trong một số trường hợp.
Các điốt tín hiệu và chuyển mạch nhỏ có công suất và xếp hạng dòng điện thấp hơn nhiều, thường chỉ khoảng 150mA và tối đa 500mW, so với điốt chỉnh lưu Tuy nhiên, chúng lại hoạt động hiệu quả hơn trong các ứng dụng tần số cao cũng như trong các ứng dụng cắt và chuyển đổi xử lý các dạng sóng xung thời gian ngắn.
Nguyên lý hoạt động của diode :
Khối bán dẫn loại P chứa nhiều lỗ trống mang điện tích dương, khi ghép với khối bán dẫn N chứa các điện tử tự do, các lỗ trống này sẽ khuếch tán sang khối N, đồng thời khối P nhận thêm điện tử từ khối N Kết quả là khối P trở nên tích điện âm do thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử, trong khi khối N tích điện dương do thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống Tại biên giới tiếp giáp giữa hai khối, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp tạo thành các nguyên tử trung hòa, quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng hoặc bức xạ điện từ.
Transitor
Transistor, hay còn gọi là bóng bán dẫn, là linh kiện bán dẫn chủ động quan trọng, thường được sử dụng để khuếch đại tín hiệu hoặc làm khóa điện tử Chúng là thành phần cơ bản trong cấu trúc mạch của máy tính và các thiết bị điện tử hiện đại Với tốc độ và độ chính xác cao, transistor được ứng dụng rộng rãi trong cả lĩnh vực tương tự và số Từ những thiết bị quen thuộc như điện thoại, TV đến các sản phẩm sử dụng bộ khuếch đại âm thanh và hình ảnh, vai trò của transistor là không thể thiếu.
Transistor được cấu tạo từ ba lớp bán dẫn, tạo thành hai mối tiếp giáp P-N Khi các lớp này được ghép theo thứ tự PNP, ta có Transistor thuận, còn nếu ghép theo thứ tự NPN, ta có Transistor ngược Về mặt cấu trúc, Transistor tương đương với hai Diode được đấu ngược chiều nhau.
Cấu trúc của ba lớp bán dẫn bao gồm ba cực, trong đó lớp giữa được gọi là cực gốc (Base) và được ký hiệu là B Lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp, tạo điều kiện cho sự hoạt động hiệu quả của linh kiện bán dẫn.
Hai lớp bán dẫn bên ngoài được kết nối với cực phát (E) và cực thu (C) Cả hai vùng bán dẫn E và C đều thuộc cùng loại (N hoặc P), nhưng kích thước và nồng độ tạp chất của chúng khác nhau, do đó không thể hoán vị cho nhau.
Nguyên lý hoạt động ( làm việc) của Transistor
– Xét hoạt động của Transistor NPN
Ta cấp một nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E trong đó (+) nguồn vào cực C và (-) nguồn vào cực E.
Cấp 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 này dòng IC = 0 )
Khi công tắc được đóng, mối P-N sẽ được phân cực thuận, dẫn đến dòng điện chạy từ nguồn UBE qua công tắc, tiếp theo là qua điện trở hạn dòng R, và cuối cùng đi qua mối BE về cực âm (-), tạo ra dòng IB.
Khi dòng IB xuất hiện, dòng IC ngay lập tức chạy qua mối CE, khiến bóng đèn phát sáng Đặc biệt, dòng IC mạnh gấp nhiều lần so với dòng IB.
Như vậy rõ ràng dòng IC hoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB và phụ thuộc theo một công thức
Trong đó IC là dòng chạy qua mối CE
IB là dòng chạy qua mối BE β là hệ số khuyếch đại của Transistor
Khi có điện áp UCE, các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua mối tiếp giáp P-N để tạo thành dòng điện Dòng IBE xuất hiện do lớp bán dẫn P tại cực B rất mỏng và nồng độ pha tạp thấp, dẫn đến số điện tử tự do từ lớp bán dẫn N (cực E) vượt qua tiếp giáp sang lớp bán dẫn P (cực B) nhiều hơn số lượng lỗ trống Một phần nhỏ trong số các điện tử này thế vào lỗ trống tạo thành dòng IB, trong khi phần lớn bị hút về phía cực C dưới tác dụng của điện áp UCE, từ đó tạo thành dòng ICE chạy qua transistor.
– Xét hoạt động của Transistor PNP
Transistor PNP hoạt động tương tự như Transistor NPN, nhưng có cực tính ngược lại ở các nguồn điện UCE và UBE Dòng điện IC trong transistor PNP chảy từ E đến C, trong khi dòng IB chảy từ E đến B.
Ký hiệu và hình dạng của Transistor
Hiện nay trên thị trường có nhiều loại Transistor của nhiều nước sản xuất 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,
Transistor C828 và D1555 bao gồm các transistor PNP ký hiệu A và B, cùng với các transistor NPN ký hiệu C và D Transistor A và C thường có công suất nhỏ và tần số làm việc cao, trong khi transistor B và D có công suất lớn hơn nhưng tần số làm việc thấp hơn.
Transistor do Mỹ sản xuất thường ký hiệu là 2N… ví dụ 2N3055, 2N4073 vv…
Transistor sản xuất tại Trung Quốc thường bắt đầu bằng số 3, theo sau là hai chữ cái Chữ cái đầu tiên xác định loại bóng: A và B là bóng thuận, trong khi C và D là bóng ngược Chữ cái thứ hai chỉ ra đặc điểm của bóng: X và P là bóng âm tần, còn A và G là bóng cao tần Các chữ số phía sau cho biết thứ tự sản phẩm, ví dụ như 3CP25, 3AP20, v.v.
– Nút nhấn không giữ, sử dụng cho điều khiển mạch, reset,
– Sử dụng làm nút nguồn, nút nhấn trong các mạch điện tử
– Thường gọi nút nhấn con rùa
Bảng điện
• Bảng điện kích thước (15x10x1)mm, đục tại tâm Ф2mm.
Bảng điện là thiết bị quan trọng trong hệ thống điện của ngôi nhà, chịu trách nhiệm phân phối và điều khiển nguồn năng lượng điện cho toàn bộ mạng điện và các thiết bị điện trong gia đình.
• – Bảng điện chính có nhiệm vụ cung cấp điện cho toàn bộ hệ thống điện trên đó thường lắp cầu dao, cầu chì, aptomat tổng,
• – Bảng điện nhánh có nhiệm vụ cung cấp điện tới các đồ dùng điện trên đó thường lắp cầu chì, công tắc, ổ lấy điện
Phích cắm
Phích cắm điện là thiết bị quan trọng kết nối thiết bị điện với nguồn điện, giúp tránh tai nạn và sự cố điện Để đảm bảo an toàn và duy trì chất lượng, cần bảo quản phích cắm cẩn thận.
Van điện từ
Tài nguyên khí nén đang ngày càng được chú ý nhờ vào trữ lượng khổng lồ và tính thân thiện với môi trường Khí nén luôn có sẵn trong tự nhiên, không thể khai thác hết, và được ứng dụng rộng rãi trong cả công nghiệp lẫn đời sống hàng ngày.
Van khí nén là một thành phần quan trọng trong hệ thống khí nén, có chức năng điều khiển và phân phối dòng khí nén Nó đảm bảo cung cấp khí nén cần thiết cho các thiết bị như xi lanh, motor, bộ lọc và các thiết bị khác, nhằm đáp ứng hiệu quả yêu cầu làm việc trong toàn bộ hệ thống.
Dựa vào đặc điểm hoạt động mà chúng ta có thể phân chia thành 3 nhóm van chính: van khí, van cơ và van điện từ.
Van điện từ là thiết bị điều khiển cửa van hoạt động dựa hoàn toàn vào nguồn điện cung cấp So với hai loại van khác, van điện từ sở hữu nhiều ưu điểm nổi bật hơn.
Van điện hoạt động hoàn toàn bằng điện năng, giúp loại bỏ nhu cầu về sức lực và nhân công như ở van cơ Khách hàng có thể dễ dàng thay đổi các loại coil điện khác nhau cho một van, cho phép sử dụng linh hoạt trên nhiều dây chuyền và máy móc khác nhau.
Cấu tạo của van điện từ
Van điện từ là thiết bị hoạt động dựa trên nguyên lý điện cơ, với toàn bộ chức năng được điều khiển bởi dòng điện thông qua lực từ trường.
Tương tự như với các thiết bị khác, van điện từ cũng có cấu tạo riêng với nhiều bộ phận, chi tiết như:
5 Cuộn lõi điện cuộn dây từ.
6 Phần kết nối với cuộn dây điện bên ngoài.
9 Khe hở để chất lỏng và khí đi qua.
Tất cả các bộ phận, chi tiết này đều được sản xuất tiêu chuẩn, kết nối logic và thông minh để tạo nên một chỉnh thể van hoàn hảo.
Nguyên lý hoạt động của van điện từ
Van điện từ là thiết bị kiểm soát và điều khiển dòng chảy của lưu chất một cách chủ động Khi được cung cấp điện, van có thể đóng hoặc mở hoàn toàn, mang lại độ chính xác cao trong vận hành, đặc biệt là khi điều khiển từ xa, vượt trội hơn so với các van cơ khí.
Thiết bị hoạt động dựa trên nguyên lý cung cấp nguồn điện cho cuộn coil, khiến cuộn dây đồng bên trong tạo ra từ trường Từ trường này sẽ sinh ra lực và truyền qua trục kết nối đến thân van.
Lực từ mạnh có khả năng vượt qua lực lò xò, dẫn đến việc lõi van di chuyển Tùy thuộc vào loại van, có thể là van thường đóng hoặc thường mở, lõi van sẽ rút về hoặc đẩy ra, làm cho cửa van thay đổi trạng thái.
Van điện từ 2 cửa thường đóng hoạt động dựa trên nguyên lý lò xo giữ lõi van ở trạng thái đóng khi không có điện Khi được cấp điện, lực từ trường tác động lên lõi van, mở cửa van và cho phép chất lỏng chảy qua nhanh chóng Khi ngắt điện, lực lò xo sẽ đưa lõi van trở về vị trí ban đầu, khiến cửa van đóng lại.
Tương tự, ngược lại với van thường mở.
THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH
Mô tả công việc
B1: Ta vẽ mạch bằng phần mềm Proteus
B2: Sau khi vẽ xong ta sẽ đi ủi mạch đã in lên board đồng
Quy trình thực hiện
B1: Lắp các linh kiện lên bo mạch in
B5:Sữa chữa nếu sai hỏng
Khi nguồn điện được cấp mà chưa có tác động từ người, tụ C2 sẽ được nạp, trong khi C1 hở mạch Khi có tác động từ cảm biến, cuộn hút sẽ dẫn điện, kéo các tiếp điểm lại với nhau, khiến C1 nạp và C2 xả qua điện trở, kích hoạt chân B của transistor C1815 Điều này làm cho cuộn hút dẫn điện và đóng tiếp điểm, khép kín mạch điện và cấp điện cho van điện từ Van điện từ sẽ xả nước trong 3 giây, thời gian này có thể điều chỉnh nhờ tụ C2 Sau 3 giây, quá trình xả nước sẽ ngừng lại Nếu không có tác động từ người, transistor sẽ khóa, cuộn hút không còn điện, các tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu, tụ C1 xả, và transistor C1815 lại dẫn điện, đóng tiếp điểm, cấp điện cho van điện từ để xả nước trong 5 giây Quá trình này sẽ lặp lại liên tục.
Thiết bị tự động xả nước khi có người vào và ra, với thời gian xả ban đầu là 3 giây, sau đó tăng lên 5 giây, và quy trình này lặp lại liên tục Ngoài ra, thiết bị còn được trang bị đèn LED để hiển thị trạng thái hoạt động của van và một đèn LED khác để báo hiệu nguồn điện.
Khảo sát
Khoảng cách tối đa 30-40cm, ổn định nhất
Môi trường thiếu ánh sáng hoạt động bình thường
