thiết kế mạch điện tử tương tự: "mạch cảm biến khói, đặt ở nơi công cộng, khi có người hút thuốc trong phòng thì chuông reo"

luận văn về thiết kế mạch điện tử tương tự: "mạch cảm biến khói, đặt ở nơi công cộng, khi có người hút thuốc trong phòng thì chuông reo"

ĐỀ TÀI

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ :

“ MẠCH CẢM BIẾN KHÓI, ĐẶT Ở NƠI CÔNG CỘNG KHI CÓ NGƯỜI HÚT

THUỐC TRONG PHÒNG THÌ CHUÔNG REO”

LỜI NÓI ĐẦU

X W 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 đổi, 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 nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là những yếu tố rất cần thiết góp phần 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 các mạch cảm biến với các linh kiện tích hợp cao Mạch cảm biến được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp và các lĩnh vực khác trong cuộc sống với những thiết bị điều khiển từ xa rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tế thật cao

Xuất phát từ những ứng dụng đó, chúng em đã thiết kế một mạch ứng dụng nhỏ đó là mạch cảm biến khói Vì thời gian, tài liệu và trình độ còn hạn chế nên việc thực hiện đồ án còn nhiều thiếu sót … Kính mong nhận được sự chỉ dẫn và

góp ý tận tình của tất cả quý thầy cùng các bạ

MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU………2

PHẦN THIẾT KẾ CHÍNH PHẦN I:NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ VÀ SƠ ĐỒ KHỐI……… 4

I) Nguyên tắc thiết kế ……… 5

II) Sơ đồ khối ……… 5

PHẦN II:SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ, CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI………7

I) Chức năng từng khối……….7

II) Sơ đồ khối toàn mạch……… 8

III) Nguyên lý hoạt động……… ……9

PHẦN III: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH I) Điện trở ………11

II) Tụ điện……….12

III) Transistor………13

IV) Điot-led……… …14

V) IC LM1801……… 15

VI) Điot 1N4004……… 16

VII) TIC 106M……… 17

VIII) LDR ……… 20

IX) Chuông và HP1………26

PHẦN IV:ĐÁNH GIÁ ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA MẠCH ……….26

PHẦN V:KẾT LUẬN ……….28

PHẦN I : NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ VÀ SƠ ĐỒ KHỐI

I)NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ

Mạch cảm biến khói thường được sử dụng trong các hệ thống báo động tiên tiến Hầu hết các thiết bị này sử dụng chuyên nghiệp khí-dò, ion hóa phòng hoặc các yếu

tố phóng xạ như các cảm biến.Có hai cách cơ bản để thiết kế bộ cảm biến khói Cách thứ nhất sử dụng nguyên tắc ion hóa Người ta sử dụng một lượng nhỏ chất phóng xạ để ion hóa trong bộ cảm biến Không khí bị ion hóa sẽ dẫn điện và tạo thành một dòng điện chạy giữa hai cực đã được nạp điện Khi các phần tử khói lọt vào khu vực cảm nhận được ion hóa sẽ làm tăng điện trở trong buồng cảm nhạn và làm giảm luồng điện giữa hai cực Khi luồng điện giảm xuống tới một giá trị nào đó thì bộ cảm biến phát hiện và phát tín hiệu báo động

Cách thứ hai sử dụng các linh kiện thu phát quang Người ta dung linh kiện phát quang (LED, LED hồng ngoại …) chiếu một tia ánh sang qua vùng bảo veejvaof một linh kiện thu quang (photo diode, quang trở, photo transistor…).

Khi mộ

sẽ xuất

che chắ

giảm xu

động

Tron

khó thự

và dễ th

cảm biế

II) SƠ Đ

t vụ cháy x

hiện khói v

n hoặc làm

uống tới m

ng hai cách

ực thi và lắp

hực thi Lợ

ến khói và

ĐỒ KHÔÍ

xảy ra hoặc với mật độ

m giảm cườ

ột giá trị n

h này thì ph

p đặt Còn

i dụng đặc

sử dụng bộ

MẠCH CẢ

c khi có ng

ộ cao Khi c ờng đọ ánh nào đó thì b

hương pháp cách thứ h

c điểm này

ộ phận thu

ẢM BIẾN

gười hút th

có cháy, kh

h sáng chiế

bộ cảm biế

p thứ nhất hai tuy ít nh chúng em phát chính

N KHÓI :

huốc trong hói đi ngan

u vào linh

n sẽ phát h

nhạy hơn hạy hơn nh

m chọn cách

h là LDRs

phòng thì

ng qua vùn kiện thu K hiện và phá

và hiệu qu hưng linh k

h hai để thi

và một LE

ở khu vực

ng bảo vệ s Khi cường

át tín hiệu b

uả hơn như kiện dễ kiế iết kế mạch

ED

đó

sẽ

đọ báo

ưng

ếm

h

PHẦN II: CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI, SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

I) CHỨC NĂNG TOÀN KHỐI

1) Khối cảm biến : có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu khói thành tín hiệu điện, trong

phần thiết kế này ta dùng quang trở Như ta đã biết hoạt động của quang trở là: khi

có ánh sang chiếu vào điện trở của nó giảm đi đáng kể so với khi không được chiếu

sáng

2) Khối ổn định điện áp nguồn

Khối nguồn lấy nguồn AC_ 220V từ điện lưới gia đình,dùng biến thế hạ áp

xuống 12Vol_AC, khi qua cầu chỉnh lưu được DC_ 12V, dùng IC 7805 ổ áp cung

cấp 2 mức điện áp cho toàn mạch là +12vol và +5vol

Hoặc ta cũng có thể lấy trực tiếp sạc điện thoại dùng làm nguồn cho mạch

3) Khối

Mạ

và đưa r

Tro

này bao

tham ch

4) Khối

II) SƠ Đ

Sơ đồ

i khuyếch

ạch khuyếc

ra tín hiệu

ong đề tài n

o gồm khối

hiếu so sán

i báo động

ĐỒ NGUY

ồ nguyên lý

đại :

ch đại có nh điều chế q này, mạch

i khuyếch đ

nh tín hiệu đ

g : tạo ra â

ÊN LÝ :

ý toàn mạc

hiệm vụ kh qua khối bá khuyếch đ đại thuật to đầu vào vớ

âm thanh b

ch :

huyếch đại

áo động để đại được sử oán và bộ s

ới tín hiệu

báo động

i tín hiệu đ

ể phát tín h

ử dụng là IC

so sánh so điện một c

điện từ bộ c hiệu báo độ

C LM1801 sánh với h chiều

cảm biến k ộng

1 IC LM18 hai điện áp

khói

801

III) NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG :

LM1801 là một IC có ứng dụng đặc biệt, được thiết kế đặc biệt cho các máy dò khói, cung cấp cho chúng ta xây dựng mạch này bằng cách sử dụng số lượng tối thiểu của các thành phần Nó bao gồm một trong những nguồn cung cấp zener nội

bộ, hai kết quả đầu ra điện áp tham chiếu, một điện áp so sánh, và điện áp đầu ra transistor là 500mA

Vi mạch được kết nối với nguồn điện trực tiếp Điot D1 chỉnh lưu nguồn điện xoay chiều và điện trở R7 làm giảm nó đến mức mà các mạch có thể hoạt động với

tụ điện C2 ổn định điện áp và zener bên trong IC điều chỉnh nó

Hai LDRs đồng nhất được nối theo kiểu cầu sao cho kết nối này bảo vệ và ngăn chặn những sự thay đổi nhiệt độ và hóa già những hiệu ứng tác động lên mạch

Vì vậy R13 LDR và LED phải được đặt theo một cách sao cho khi có các hạt khói thuốc xâm nhập vào nó sẽ tác động lên bề mặt LDRs và làm giảm ánh sáng trên LDR đồng thời làm thay đổi điện trở của nó Mặt khác R12 LDR và LED phải được đặt liền kề nhau và không có không khí lưu thông xảy ra Như vậy khói thuốc

lá sẽ không có gây ảnh hưởng đến R12 và điện trở của nó không bị biến đổi Cách tốt nhất để làm điều đó, là đặt R12 và LED trong một hộp riêng biệt

P1 là điện áp hiệu chuẩn HP1 là một âm thanh báo động máy phát điện Dòng điện đầu ra tác động lên hệ thống báo động bên ngoài

Khi thực hiện so sánh và phát hiện sự chênh lệch điện áp giữa hai LDRs nó tác

động lên bóng bán dẫn Th1 và kết quả là bắt đầu báo động,

PHẦN IV: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG

TRONG MẠCH

I) Điện trở :

Điện trở là một linh kiện có tính cản trở dòng điện và làm một số chức năng khác tùy vào vị trí điện trở trong mạch điện

Cấu tạo: điện trở được cấu tạo từ những vật liệu có điện trở suất cao như làm bằng than, magie kim loại Ni-O2, oxit kim loại, dây quấn Để biểu thị giá trị điện trở Người ta dung các vòng màu để biểu thị giá trị điện trở

Ký hiệu:

Hình dạng thực tế:

Cách đọc trị số điện trở 4 vòng màu: Giá trị điện trở thường được thể hiện qua

các vạch màu trên thân điện trở, mỗi màu đại diện cho một số Màu đen: số 0, màu nâu: số 1, màu đỏ: số 2, màu cam: số 3, màu vàng: số 4, màu lục: số 5, màu lam số

6, màu tím số 7, màu xám: số 8, màu trắng: số 9

Nhìn trên thân điện trở, tìm bên có vạch màu nằm sát ngoài cùng nhất, vạch màu

đó và vạch màu thứ hai, kế nó được dùng để xác định trị số của màu

Vạch thứ ba là vạch để xác định nhân tử

lũy thừa: 10(giá trị của màu) Giá trị của điện

trở được tính bằng cách lấy trị số nhân với

nhân tử lũy

thừa

Giá trị điện trở = trị số x nhân tử lũy

thừa)

- Phần cuối cùng: (không cần quan tâm nhiều)làvạch màu nằm tách biệt với ba vạch màutrước, thường có màu hoàng kim hoặc màubạc, dùng để xác định sai số của giá trị điệntrở, hoàng kim là 5%, bạc là 10%

Ở đây chúng ta sử dụng điot 1N4004

II) Tụ điện:

Tụ điện là linh kiện có khả năng tích điện Tụ điện cách điện với dòng điện một chiều và cho dòng điện xoay chiều truyền qua

Tụ điện được chia làm hai loại chính: loại không phân cực và loại có phân cực

Loạicó phân cực thường có giá trị lớn hơn loại không phân cực, trên hai chân của loại phân cực có phân biệt chân nối âm, nối dương rõ ràng, khi gắn tụ có phân cực vào mạch điện, nếu gắn ngược chiều âm dương, tụ phân cực có thể bị hư và hoạt động sai Ngoài ra người ta còn gọi tên tụ điện theo vật liệu làm tụ, ví dụ: tụ gốm,

tụ giấy, tụ hóa

Hình dạng: tụ điện có khá nhiều hình dạng khác nhau

Biểu tượng trên mạch điện:

Đơn vị của tụ điện

- Đơn vị của tụ điện là Fara, 1 Fara có trị số rất lớn và trong thực tế người ta

thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như

+ P(Pico Fara) 1 Pico = 1/1000.000.000.000 Fara (viết gọn là 1pF)

+ N(Nano Fara) 1 Nano = 1/1000.000.000 Fara (viết gọn là 1nF)

+ MicroFarra 1 Micro = 1/1000.000 Fara (viết gọn là 1µF)

=> 1µF = 1000nF = 1.000.000 Pf

III) Tranzitor:

Kí hiệu : transistor NPN

Transistor PNP

Cấu tạo: bởi 2 tiếp xúc P-N ghép liên tiếp gồm các vùng bán dẫn loại P và N xếp

xen kẽ nhau, vùng giữa có tính chất dẫn điện khác với 2 vùng lân cận và có bề rộng

rất mỏng khoảng 10A0 m đủ nhỏ để tạo lên tiếp xúc P-N gần nhau Nếu vùng giữa

là N ta có transistor PNP, ngược lại nếu vùng giữa là vùng P ta có transistor NPN

IV) Diode_Led

-Diode thường

-Led quang:

Ở quang trở, quang diode và quang transistor, năng lượng của ánh sáng chiếu vào

Q2

Q1

chất bán dẫn và cấp năng lượng cho các điện tử vượt dãi cấm Ngược blại khi một điện tử từ dãi dẫn điện rớt xuống dãi hoá trị thí sẽ phát ra một năng lượng E=h.f Dải dẫn điện Dải hóa trị Dải cấm hf Khi phân cực thuận một nối P-N, điện tử tự

do từ vùng N xuyên qua vùng P và tái hợp với lỗ trống (về phương diện năng

lượng ta nói các điện tử trong dãi dẫn điện – có năng lượng cao – rơi xuống dãi hoá trị - có năng lượng thấp – và kết hợp với lỗ trống), khi tái hợp thì sinh ra năng lượng

Đối với diod Ge, Si thì năng lượng phát ra dưới dạng nhiệt Nhưng đối với diod cấu tạo bằng GaAs (Gallium Arsenide) năng lượng phát ra là ánh sáng hồng ngoại (không thấy được) dùng trong các mạch báo động, điều khiển từ xa…) Với GaAsP (Gallium Arsenide phosphor) năng lượng phát ra là ánh sáng \vàng hay đỏ Với GaP (Gallium phosphor), năng lượng ánh sáng phát ra màu vàng hoặc xanh lá cây Các Led phát ra ánh sáng thấy được dùng để làm đèn báo,trang trí… Phần ngoài của LED có một thấu kính để tập trung ánh sáng phát ra ngoài

Để có ánh sáng liên tục, người ta phân cực thuận LED Tuỳ theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau sẽ quyết định màu sắc của LED Thông thường, LED có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong khoảng 1,5 – 2,8V tuỳ theo màu sắc phát ra, màu đỏ: 1,4 –

1,8V, và

khoảng

Đi

V) LDR

LD

cảm biế

đến 100

của nó s

àng: 2 – 2,

vài mA

iot được sử

Rs

DRs hay điệ

ến sáng tối

00000 Ω , n

sẽ giảm mộ

,5V, còn m

ử dụng tron

ện trở phụ thông thư nhưng khi

ột cách đột

màu xanh lá

ng mạch n

thuộc ánh ường giá trị chúng bị k

t ngột

á cây: 2 – 2

ày là điot 1

sáng Nó c

ị điện trở c khích thích

2,8V, và dò

1N4004

có tác dụng của một LD

h bởi ánh sá

òng điện q

g đặc biệt t

DR là rất c áng thì giá

qua LED tố

trong mạch

ao, có khi

á trị điện trở

ối đa

h cao

ở

VI) IC LM1801:

LM1801 đặc dụng IC, được thiết kế đặc biệt cho các máy dò khói, cung cấp cho chúng tôi xây dựng mạch này bằng cách sử dụng số lượng tối thiểu của các thành phần Nó bao gồm một trong những nguồn cung cấp zener nội bộ, hai kết quả đầu ra điện áp tham chiếu, một điện áp so sánh

LM1801 thực hiện so sánh năng lượng thấp với dòng điên cao , đầu ra mở và thu tín hiệu

Hiện nay người ta dùng IC LM1801 trong ngành chế tạo như: thiết bị chống trộm, thiết bị phát hiện rò rỉ nước, rò rỉ khí đốt, những mạch ổn áp, nguồn pin được vận hành theo dõi…

Một số thông số chính của LM1801:

Dòng điện cung cấp thường là dòng 7µA , nhưng khi nó điều khiển cỏng so sánh thì điện áp đầu ra của transistor lên tới 500mA

Tại : Rset = 10m Ω, V+= 9v, Ta = 25◦c

R1 + R2 = 10m Ω

Độ ổn định