Đồ án thiết kế mạch Điện tử Đề tài thiết kế mạch Đèn ngủ tự Động

LOI CAM DOAN Nhóm I xin cam đoan đề tài đồ án “Thiết kê mạch đèn ngủ tự động” là công trỉnh nghiên cứu của cả nhóm Ì, được tiến hành một cách minh bạch, công khai.. Các số liệu và kết qu

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHINH VIEN THONG

KHOA KY THUAT DIEN TU II

DO AN THIET KE MACH DIEN TU

Đề tài:

THIẾT KÉ MẠCH ĐÈN NGỦ TỰ ĐỘNG

Giảng viên hướng dẫn: ThS Trần Quang Thuận

Sinh viên thực hiện: Dương Đức Phúc N21DCDT070

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHINH VIEN THONG

KHOA KY THUAT DIEN TU II

DO AN THIET KE MACH DIEN TU

Đề tài:

THIẾT KÉ MẠCH ĐÈN NGỦ TỰ ĐỘNG

Giảng viên hướng dẫn: ThS Trần Quang Thuận

Sinh viên thực hiện: Dương Đức Phúc N21DCDT070

MUC LUC

MUC LUC cesccssscessseesssessveesssvessrestssssvisurestivssavesssentasvetsssssssessveetieesssussssestieesssesasissssesess 1

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 22 22 22112111221122112271122211212212222 e1 re 6 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DÂN 2-55 tr r2 Hư 7 CHƯƠNG I: TÔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 2-5222 22222222122221227127112212 27.221 xe 8 1.1 Lí do chọn đề tài 52-5 21 1121122111211271021122112211111111222221112112 ra 8

1.2 Mục đích nghiên cỨu 2 2112211211121 1211 12111112 11281 T1 51121101111 9

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - + 5c s1 1111112112121 1 1 xe rreu 9

1.4 Phương pháp nghiên cứu - 12c 12112212211 22121121152115012 1111101121112 ưu 9

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYÊT 222 22‡22E2251122512271227111211221112 21112212 Xe 10 2.1 Giới thiệu sơ lược về đề tài 5 2S 212 12211221121121122221 1121121 ere 10

2.2 Giới thiệu phân mềm Profues 2s s2 n3 15111551 15111215551 E1 nt Hee 10

2.3 Giới thiệu phần mềm Altium - 5c SE ềEEE1221211 11 171211111 tre 10

2.4 Tìm hiểu về Transistor BC5477 - 5: 22 211221122112112211211211211121121 xe 11 2.4.1 BC547 là Since cecccccsccssesssssesssressssesssseesssresssreesssniesssseesssnessasessnesseseesensessen II

2A.2 Chive laiaađađaiadtdidddÝẮẲẮẢẮAAẮẰẮẰAẰ ll

2.4.3 Tính năng và thông số kỹ thuật 5c cv HH HH re 11

2.4.4 Sơ đồ chân - 22c 2212 212211211122112122112211211211212 rau 13

2.4.5 Các ứng dụng của BCŠ47 Q0 11211211111 21 tre 14

2.5 Tìm hiểu về IC LÌM358 - 22 3 2 2222211221122112111211211211 22112212 re 15 2.5.1 IC LM358 là gì 2-5 2212211222122 E2 1111221212122 ee 15

"o0 DDD 15

2.5.3 Tính năng và thông số kỹ thuật St HH HH ng ren 15

2.5.4 SO 6 CHAD ccc ccccccsscesssssssssessvesssstssissssessessstssessussiussseseteseessenseeteeeeess 15 2.5.5 Các ứng dụng của IC LM358 - 522 2222221122 112.221.212 17

2.6 Tìm hiểu về Relay c5- c2 S2 SH HH HE 11 tt ng HH xen yên 17

3.2 Thành phan và các linh kiện trong mạch - 2 22 2222212122212 rerres 23

3.3.2 Mô phong bang ALUN ccceeccccsceseeseeseeseestssestssessessesstsstesesstsensetsevssen 30

CHUGNG IV: THI CONG VA KET QUA ooeocccscccssscssssessssessstsssseseseesesesssiessressstetavesenne 35

4.1 Thĩ công C2 12111211 121221110115 115111511 11111 HH Hàn Hành này 35

4.2 Kết quả - 5s csn SE11111 11111 n1 1 H1 n1 ng H211 ng 36 4.3 Hướng phát triển của đề tài - Sàn E11 11110122 tre 38

TÀI LIỆU THAM KHẢO - 252 22222222222122211221122211271121112211.1121121 1c xee 39 PHỤ LỤC 25-522222211221122511212112211127112111211122211211212221212 2kg 40

LOI CAM DOAN

Nhóm I xin cam đoan đề tài đồ án “Thiết kê mạch đèn ngủ tự động” là công trỉnh nghiên cứu của cả nhóm Ì, được tiến hành một cách minh bạch, công khai Mọi

thứ được dựa trên sự cố gang cũng như sự nỗ lực của cả nhóm cùng với sự hướng dẫn

của thầy Trần Quang Thuận Các số liệu và kết quả nghiên cứu được đưa ra trong đồ án

là hoàn toàn trung thực và không sao chép hay sử dụng lại kết quả của bất kì đề tài nghiên cứu nào tương tự Nếu phát hiện có sự sao chép của bất kì đề tài nghiên cứu nào

khác nhóm 1 xin chịu trách nhiệm hoàn toàn

LOI CAM ON

Lời đầu tiên Nhóm I xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến cac Thay,

Cô giáo trường Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông (PTIT) nói chung và các Thây, Cô giáo trong khoa Điện tử nói riêng đã tận tình giảng đạy, truyền đạt cho

Nhóm I những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian thực hiện đề tai này Dặc biệt, Nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Thầy Trần Quang Thuận

đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn Nhóm trong suốt quá trình thực hiện

đề tài Trong thời gian nghiên cứu, Nhóm l không những tiếp thu thêm nhiều kiến

thức bỗ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc nhóm hiệu quả, đây là những điều

rất cần thiết cho Nhóm trong quá trình học tập và công tác sau này Đồng thời Nhóm

1 cũng xm gửi lời cám ơn đến quý Thây, Cô giáo quản lý phòng Thí nghiệm đã tạo điều kiện thuận lợi nhất đề Nhóm được sử dụng phòng, thiết bị và dụng cụ để Nhóm

có thê hoàn thành đề tài Sau cùng, Nhóm l1 xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè

đã động viên, góp ý và giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện đề tài Do thời gian và quy mô nghiên cửu có giới hạn, bài báo cáo của Nhóm không thê tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô Nhóm | xin chan thành cảm ơn

DANH MUC CAC HINH VE

[1] Hinh 2.1: Tinh nang va thong s6 k¥ thuat cla BC 547.00 eee sec: Trang

24

[L1] Hình 3.6: Jack nguồn - 5 SE E1 1E 1111211211111 errrye Trang 25

[12] Hình 3.7: Quang trở -.- L2 22111211121 1121 111111111111 5111 11111111 Trang 26 [13] Hình 3.8: Biến trở - 5 s 2n S122 1 E121 1x11 211211 tre, Trang 26 H06 ro (ää Trang 27 I0 ion c5 .Ô.Ô Trang 27 [16] Hình 3.11: Diode - 5 c E2 1122121221121 1112111111111 0011120 1112511 k kệ Trang 28 [L7] Hình 3.12: Nguồn Adapter 5 ST 1211 1 1 2122 Hưng Trang 23 [18] Hình 3.13: Quang trở không được chiều sáng 2-55 tre Trang 29 [19] Hình 3.14: Quang trở được chiều sáng - 5s: ng Hy Trang 30 IPIBSDuI 1 /(14)0:15)0) (0:6 3:zŸIaaaaiadđỶ Trang 30 [21] Hinh 3.16: Mạch PC Q2 0012111211 11H 1111k key Trang

37

[22] Hình 3.17: Đỗ đồng - 2-5 S1 E1 1E 111111111111 11 1 1 121 ru Trang 32

[23] Hinh 3.18: Mach 3D ccc ccc ccccce scenes sesensecessscessesessessssseessesseseesees Trang 33 [24] Hình 3.19: Mặt sau 3D L G1211 122 1n ng ng Trang

CHUONG I: TONG QUAN VE DE TAI

rất nhiều loại phù hợp cho các mục đích sử dụng Nhiều mẫu đèn với những thiết kế

đơn giản, nhỏ gọn tạo nên vẻ đẹp tỉnh tế, sang trong duoc str dung dé trang trí, tạo điểm nhân cho ngôi nhà

+ Ngoài nước: Trong thời kì công nghệ 4.0 ngày nay việc sử dụng các thiết bị thông minh trong đời sống là hết sức phô biến và vô cùng cần thiết Ứng dụng của thiết

bị này là nó không cần phải cài đặt, điều chỉnh thời gian Càng ngày cảm biến ánh sáng tắt mở đèn ngày càng quan trọng và thân thiện hơn với người sử dụng Trước đây được

sử dụng chủ yếu cho các công trình đèn đường nhưng hiện nay do nhu cầu sử dụng của hộ gia đình cảng nhiều thì sản phẩm càng được sử dụng rộng rãi và phố biến hơn

trước đây Đèn ngủ cảm ứng tự động là một trong những thiết bị điện thông minh phố

biến nhất trong mỗi gia đình, các thiết bị này đã được người tiêu dùng sử dụng cách đây vài năm Ưu điểm chính của sản phẩm này chính là giá thành rẻ mà tính năng mang lại là rất tuyệt vời Đèn ngủ chức năng cảm ứng ánh sáng, đèn sẽ tự động sáng khi trời tối và tự động tắt khi trời sáng Đèn ngủ cảm ứng ánh sáng cho không gian phòng ngủ của bạn thêm sinh động Sản phẩm vừa dùng làm đèn ngủ, vừa dùng để trang trí đồng thời còn giúp tiết kiệm tiền cũng như tiết kiệm điện

1.2 Mục đích nghiên cứu

- _ Nắm rõ nguyên lý của Transistor BC547, IC LM358, Relay

- _ Hiểu được cơ chế hoạt động của mạch

- Thiết kế thành công mạch

- _ Tiết kiệm năng lượng: Thiết kế mạch cảm biến sử dụng ít năng lượng hơn, giá thành hợp lí phù hợp với mọi đối tượng có nhu cầu sử dụng

- _ Mở rộng phạm vi đo lường: Nghiên cứu và phát triển các mạch cảm biến có thê

đo lường các loại ánh sáng khác nhau

- _ Tăng độ nhạy của cảm biến: Phát triển các mạch cảm biến có khả năng phát hiện đo lường ảnh sáng với độ nhạy cao

1.3 Đối tượng và phạm vỉ nghiên cứu

Đối tượng

- Transistor BC547, IC LM358, Relay

- Phan mém mé phong Protues, Altium dé vé mach in

Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu về nguyên lý hoạt động, cầu tạo, tính toán và lựa chọn các thành phân của mạch đèn ngủ tự động Chạy thử mạch trên TestBoard

và thi céng mach in Đánh giá hiệu quả và độ tm cậy của mạch đèn ngủ tự động

1.4 Phương pháp nghiên cứu

- Đọc tài liệu tham khảo

- _ Xem video hướng dẫn thi công mach

- _ Dùng Protues để mô phỏng và tạo bản vẽ PCB

CHUONG II: CO SO LY THUYET

2.1 Giới thiệu sơ lược về đề tài

Đề tài này liên quan đến việc sử dụng các linh kiện điện tử như: quang trở, transistor, relay, dén led, để tạo ra một mạch có khả năng bật tắt đèn tự động theo

ánh sáng môi trường Mục tiêu của đề tài này là giúp tiết kiệm điện năng, tăng hiệu

quả chiêu sáng và tạo sự tiện lợi cho người dùng

2.2 Giới thiệu phần mềm Protues

Proteus là phần mềm mô phỏng vật lý các mạch điện tử, hay gọi là giả lập linh

kiện trên máy tính, giúp chúng ta có thể đễ dàng thao tác và xử lý trực tiếp mà không cần phải nối đây hoặc cần các dụng cụ chuyên dụng đề thực hành Phần mềm gồm 2 chương trình chính:

® ISIS cho phép vẽ sơ đồ nguyên lý và mô phỏng mạch

e ARES dung dé vé mach in

2.3 Giới thiệu phần mềm Altium

Altium Designer trước kia có tên gọi quen thuộc là Protel DXP, là một trong

những công cụ vẽ mạch điện tử mạnh nhất hiện nay Được phát triển bởi hang Altium

Limited Altium designer la m6t phan mềm chuyên ngành được sử dụng trong thiết kế mạch điện tử Nó là một phần mềm mạnh với nhiều tính năng thú vị, tuy nhiên phần mềm này còn được ít người biết đến so với các phần mềm thiết kế mạch khác như

orcad hay proteus - H6 tro manh mé cho viéc thiét ké tu động, đi dây tự động theo

thuật toán tối ưu, phân tích lắp ráp linh kiện Hỗ trợ việc tìm các giải pháp thiết kế hoặc chỉnh sửa mạch, linh kiện, netlist có sẵn từ trước theo các tham số mới - Đặt và

10

sửa đối tượng trên các lớp cơ khí, định nghĩa các luật thiết kế, tùy chỉnh các lớp mạch

in, chuyén từ schematic sang PCB, đặt vị trí linh kiện trén PCB - M6 phong mach

PCB 3D, đem lại hình ảnh mạch điện trung thực trong không gian 3 chiều, hỗ trợ

MCAD-ECAD, liên kết trực tiếp với mô hình STEP, kiểm tra khoảng cách cách điện,

cầu hình cho cả 2D và 3D, hỗ trợ thiét ké PCB sang FPGA và ngược lại

2.4 Tìm hiểu về Transitor BC547

2.4.1 BCS47 là gì

BC547 là transistor BỊT NPN đa năng được sử dụng trong các dự án điện tử giáo dục Bên cạnh công dụng nảy, nó cũng có thê được sử dụng trong các mạch thương mại Nó được đóng gói TO-92 và dòng điện đầu ra tối đa mà

transistor này có thể xử ly la 100mA Transistor co d6 loi dong dién mét chiéu

rất tốt và độ nhiều thấp do đó nó rất lý tưởng đề sử dụng trong các giai đoạn

khuếch đại tín hiệu Điện áp bão hòa chỉ là 90 mV cũng là một dấu hiệu tốt dé

sử dụng nó như một công tắc

2.4.2 Chức năng

BC547 là transistor được sử dụng rộng rãi và nó có thể được sử dụng trong bất kỳ ứng dụng mục đích chung nào Nó cũng có thê được sử đụng đề thay thế cho nhiều transistor, đo đó nó có thể được sử dụng trong nhiều loại mạch điện

tử, ví dụ chuyển đôi tải nhỏ trên điện áp và dòng đầu vào rất thấp cũng như khuếch đại âm thanh nhỏ và các tín hiệu khác Tần số chuyền tiếp tối đa của transistor là 300MHz vì vậy nó cũng sẽ hoạt động tốt trong các mạch RF dưới

tan số 300MHz

2.4.3 Tính năng và thông số kỹ thuật

- Loai transistor: NPN

ll

Dòng cực thu toi da (IC): 100mA

Điện áp cực thu - cực phát tối đa (VCE): 45V

Điện áp cực thu - cực gốc tôi đa (VCB): 50V

Điện áp cực phát - cực gốc tối đa (VEBO): 6V

Tiêu tán cực thu toi da (Pc): 500 mW

Tần số chuyên đôi tối đa (fT): 300 MHz

Độ lợi dòng điện DC tối thiểu và tối đa (hFE): 110 - 800

12

Manufacturer: |Fairchild Semiconductor]

Mounting Style: ||Through Hole

Maximum Operating Temperature: | 150 C

Hình 2.2 Sơ đồ chân của BC 547

Hướng phần mặt phẳng của vỏ về phía trước mặt, sơ đồ chân của BC547 theo thứ tự từ trái qua phải lần lượt là chân C, chân B và chân E

- _ Chân! (Bộ thu): Chân này được ký hiệu bằng ký hiệu 'C' và dòng điện sẽ chạy qua cực thu

- _ Chân 2 (Base): Chân này điều khiển xu hướng của bóng bán dẫn

- _ Pm3 (Emitter): Dòng điện cung cấp thông qua cực phát

TransIstor hoạt động như một bộ khuếch đại trong khi hoạt động trong vùng hoạt động đề khuếch đại điện áp, dòng điện và công suất ở các cầu hình khác nhau

Mạch khuếch đại sử dụng ba cầu hình bao gồm những cấu hình sau:

- Bộ khuếch đại phát ra chung (CE)

14

- Békhuéch dai bộ thu chung (CC)

- _ Bộ khuếch đại cơ sở chung (CB)

Trong ba cầu hình trên, CE là cầu hình được sử dụng rộng rãi nhất

NP bồ sung: PNP Bồ sung của BC547 là BC557

2.4.5 Các ứng dụng của BC547

- BC517 này được sử dụng với mục đích chung, được sử dụng rộng rãi và

nó được sử dụng như một sự thay thế cũng như thay thế cho các loại bán dẫn khác nhau Do đó, nó có thê sử dụng trong các mạch điện tử khác nhau

- Khuếch đại dòng điện

- _ Bộ khuếch đại âm thanh

- Chuyén déi tai <100mA

- Trinh diéu khién LED

- Trình điều khiển chuyến tiếp

- Bộ khuếch đại như âm thanh, tín hiệu

- _ PWM( Điều chế độ rộng xung )

- Mach cam bién

- Mach tân sô vô tuyến

15

2.5 Tim hiéu vé IC LM358

2.5.1 IC LM358 1a gi

IC LM358 là một loại vi mạch tích hợp phô biến trong lĩnh vực điện tử Nó

thuộc loại Operational Amplifer (Op-Amp), có chức năng chính là tăng và điều chỉnh

các tín hiệu điện áp IC LM358 được thiết kế với hai bộ khuếch đại so sánh độc lập,

giúp nó trở thành một công cụ quan trọng trong nhiều ứng dụng bao gồm điều khiên,

đo lường và xử lý tín hiệu

2.5.2 Chức năng

-_ Báo vệ quá áp lối ra

- _ Dòng cung cấp lỗi vào thấp

- Bảo vệ ngăn mạch bên trong

- _ Dễ dàng kết hợp với các bộ vi điều khiển

2.5.3 Tính năng và thông số kỹ thuật

- _ Điện áp đầu vào tối đa: 32V

- _ Điện áp đầu ra tôi đa: l6V

- Dòng điện tiêu thụ tôi đa: 700uA

- _ Tân số cộng hưởng: IMHz

- Số lượng chân: 8 chân

2.5.4 Sơ đồ chân

16

Vcc

OUT 2

IN 2(-)

IN 2 (+)

Hình 2.3 Sơ đồ chân của IC LM358

Số chân Tên chân

Đầu vào không đảo ngược của phần A (phân thứ nhất) của IC hay opamp 1

Nổi mass/ chân âm cho cả 2 opamp

Đâu vào không đảo ngược của phần B (phần thứ nhất) của IC hay opamp 2

Đầu vào đảo ngược của phần B (phần thứ nhất) của IC hay opamp 2

Đầu ra của phần B (phần thứ nhất) hay opamp 2 Chân dương của cả hai phần hay 2 opamp của IC

Hình 2.4 Thông số chân của IC LM358

18

2.5.5 Cac tng dung cia IC LM358

- (Co thé str dung dé tạo ra các bộ khuếch đại không đối xứng cho các ứng dụng âm thanh và điện tử

- Có thể sử dụng như một bộ so sánh tín hiệu

- Có thể được sử dụng trong các ứng dụng điều chỉnh âm lượng, điều

chỉnh độ sáng hay điều chính tín hiệu đầu vào cho các mạch

- - Có thê được sử dụng để tạo ra xung và các mạch tạo sóng khác

2.6 Tìm hiểu về Relay

2.6.1 Relay là gì

Relay (hay còn gọi là rơ-le) là công tắc điện tử có khả năng bật tắt một dòng

có cường độ lớn hơn nhiều so với dòng đang vận hành Có thê hiểu đơn giản, relay như

một đòn bây điện, có tác dụng chuyền mạch Relay được bật vận hành bằng 1 dòng

điện có cường độ nhỏ nhưng có khả năng bật giúp các thiết bị khác sử đụng đòng có cường độ lớn hơn nhiều so với dòng hiện hành

2.6.2 Chức năng

- Relay ứng dụng chia tín hiệu đến các thiết bị khác nhau trong sơ đồ

mạch điện điều khiển

- Relay được ứng dụng như một thiết bị bảo vệ mạch điện, đóng cắt khi

xuất hiện tình trạng quá tải áp hoặc dưới dòng Từ đó, bảo vệ các thiết bị điện khỏi hiện tượng chập cháy nguy hiểm

- _ Relay ứng dụng kiểm soát các hệ thống an toàn sản xuất công nghiệp, tự

động hóa, ngắt mạch khi có sự cô

20

2.6.3 Tính năng và thông số kỹ thuật

- - Điện áp hoạt động: 5V

- Dong kich relay: 5mA

- Kich thude: 43mm x 17.3mm x 17mm (dai x réng x cao)

- Tiép điểm relay 220V 10A (Lưu ý tiép diém, khong phai dién áp ra)

- Kich thude: 43mm x 17.3mm x 17mm (dai x réng x cao)

- NC: Thuong dong

- NO: Thuong mo

- COM: Chan chung

Ký hiệu nguồn

- VCC, GND la nguén nudi Relay

- _ In là chân tín hiệu điều khiên

21