hệ thống tắt mở đèn đường tự động

Trong thời đại công nghiệp hoá và hiện đại hoá ngày nay thì tự động hoá là một trong những nhu cầu tất yếu của cuộc sống Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học kỉ thuật nhất là trong linh vực tự động đã và đang làm thay đổi bộ mặt đất nước liên tục từng ngày

MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG LỜI CẢM TẠ Trong thời gian nghiên cứu và thực hiện đồ án chúng em nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn, thầy TRẦN ĐỨC A, để hoàn thành đồ án này. Chúng em xin chân thành cảm ơn tất cả những gì thầy đã giúp đỡ chúng em trong suốt thời gian hoàn thành đồ án này. Sinh viên thực hiện: PHẠM DUY ĐÀO PHƯỚC GIANG Page 1 of 29 MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG MỤC LỤC Lời cảm tạ trang 1 Mục lục 2 Chương I: Mở đầu 3 1. Đặt vấn đề 2.Mục đích yêu cầu 3 3.Giới hạn đề tài 3 Chương II:Giới thiệu các kinh kiện dùng trong mạch 4 1.Khảo sát quang trở cds 5 2 khảo sát transistor công suất 6 3.giới thiệu sơ lược về rơle 7 4.Bộ nguồn ổn áp 12Vcho mạch 8 5.khảo sát ic 555 9 Chương III: Giới thiệu một số mạch điều khiển tự dộng tất mở khác 11 1. 2. Chương IV: Thiết kế và thi công 12 I/ Sơ đồ khối cơ bản II/sơ đồ mạch chi tiết 13 II/ Sơ đồ mạch in 14 Chương V: Đánh giá và kết luận 15 Nhận xét của giáo viên 17 Phụ lục sách tham khảo 19 CHƯƠNG I Page 2 of 29 MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG MỞ ĐẦU I/ ĐẶT VẤN ĐỀ: Trong thời đại công nghiệp hoá và hiện đại hoá ngày nay thì tự động hoá là một trong những nhu cầu tất yếu của cuộc sống Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học kỉ thuật nhất là trong linh vực tự động đã và đang làm thay đổi bộ mặt đất nước liên tục từng ngày.trong đó hệ thống tự động tắt mở đèn đường là một nhu cầu tất yếu trong thời đại hiện nay. Nắm bắt nhu cầu thực tế và điều kiện khách quan đó chúng em đã mạnh dạn đưa đề tài “điều khiển hệ thống tắt mở đèn đường” vào đồ án 1 của nhóm.đề tài tuy không phải là mới mẽ nhưng chưa phải là quá phổ biến ở nhiều thành phố,nhiều tỉnh thành và ở nhiều địa phương đang và đã phát triển. Đề tài này cũng sẽ là một cơ hội chúng em hoàn thiện các kiến thức một cách logic đồng thời cũng sẽ là trải nghiệm cho chúng em về các đò án lớn hơn kế tiếp II/MỤC ĐÍCH YÊU CẦU: Thông qua đề tài này thì chúng em muốn rằng trong một tương lai không xa thì hệ thống tắt mở đèn đường tự động sẽ nhanh chóng phát triển sâu rộng vào cuộc sống.Đồng thời qua đồ án này giúp chúng em hoàn thiện các kĩ năng-kỉ thuật trong việc tính toán-lắp ráp mạch điện tử vững vàng hơn.Qua đó giúp chúng em hiểu sâu hơn về bản chất linh kiện. III/GIỚI HẠN ĐỀ TÀI: Do thời gian thực hiện và kiến thức còn có hạn nên chúng em chỉ áp dụng trên phạm vi mang tính chất thí nghiệm nhưng chúng em nghĩ việc phát triển và nhận rộng đề tài này rất có cơ sở. Page 3 of 29 MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG CHƯƠNG II KHẢO SÁT CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG MẠCH 1/ BỘ NGUỒN CHO TOÀN MẠCH a/ Sơ đồ mạch ổn áp: b/ Nguồn chuẩn DC: Bộ nguồn dùng để cung cấp cho toàn mạch hoạt động. Chức năng của bộ nguồn chuẩn DC  Ổn định điện áp làm việc.  Độ miễn nhiễu cao.  Dùng làm mạch cung cấp cho rơle hoạt động. Nguồn chuẩn DC bao gồm: Một biến áp: cuộn sơ cấp 110V/220V,cuộn thứ cấp 12V. Một IC ổn áp 12v Tụ lọc nguồn 1000Uf/16V dùng để lọc sau khi chỉnh lưu. Diôt cầu dùng để chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều. Diốt chỉnh lưu dùng laọi thông dụng trên thị trường là: 1N4007 có các thông số kĩ thuật sau:  Điện áp ngược lớn nhất Ungược=420V  Dòng điện cực đại cho phép la 3A  Dòng xung 300A c/ Các yêu cầu bộ nguồn phải có Mạch ổn áp để ổn định điến áp làm việc cho mạch Mạng điện lưới 110V/220V d/nguyên lý hoạt động của mạch: Nguồn điện lưới 110V/220V cung cấp cho cuộn sơ cấp biến thế.Khi đó ở cuộn thứ cấp sẽ có điện áp ra là 12V AC. Sau khi qua cầu diôt cà tụ lọc áp một chiều điện áp này được đưa vào IC ổn áp 7812, ngõ ra qua tụ lọc áp một chiều cuối cùng ta được điện áp một chiều cố định là 12V. Page 4 of 29 MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG 2/Khảo sát linh kiện quang điện trở(cds) Là điện trở có trị số càng giảm khi được chiếu sáng càng mạnh.điện trở tối khi không được chiếu sáng -ở trong bóng tối)thường trên 1M ,trị số này có thể giảm rất nhỏ có thể dưới 100 khi được chiếu sáng càng mạnh Nguyên lí làm việc của điện trở quang là khi ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn (có thể là cadmium-cds-cadmium selennide-cdse)làm phát sinh các điện tử tự do,tức sự dẫn điện tăng lên và làm giảm điện trở của chất bán dẫn.các đặc tính điện và độ nhạy của quang trở dĩ nhiên tùy thuộc vào vật liệu trong chế tạo Về phương diện năng lượng ta nói ánh sáng đã cung cấp một năng E=hf để điện tử nhảy từ dãi hóa trị lên dãi dẫn điện.Như vậy năng lượng cần thiết hf phải lớn hơn năng lượng dãi cấm. Page 5 of 29 MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG 3.khảo sát ic555 3.1 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC BÊN TRONG IC555 3.11 Sơ đồ chân:  Chân 1: GND (Nối đất)  Chân 2: Trigger input (Ngõ vào xung nãy)  Chân 3: Output(Ngõ ra)  Chân 4: Resest(Hồi phục)  Chân 5: Control voltage(Điện áp điều khiển)  Chân 6: Threshold(Thềm-Ngưỡng)  Chân 7: Dischange( Xả điện)  Chân 8: +Ucc (nguồn cung cấp) 3.12 Cấu trúc bên trong. Trung tâm hoạt động của vi mạch 555 là Flip-Flop RS .Đầu vào R của F/F còn đầu vào của S của F/F là đầu ra của bộ so sánh II.Mạch ra của F/F gồm 2 phần: một phần là bộ đệm đầu ra và một phần gồm 2 transistor T 1 và T 2 .Trong đó T 1 dùng để biền đổi tín hiệu ra đã được ghi giữ,chính điện áp này sẽ được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau(ta sẽ nói ở phần sau).Thông qua T 2 ta có thể điều khiển được trang thái bên trong của bộ đệm đầu ra.Sau đây là cấu trúc bên trong của IC 555: Cấu trúc IC 555 HOẠT ĐỘNG CỦA VI MẠCH 555 Bên trong vi mạch 555 có hơn 20 transistor và nhiều điện trở thực hiệnnhiều chức năng sau: Page 6 of 29 MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG Cầu phân áp gồm 3 điện trở nối từ nguồn Vcc xuống mass cho ra hai điện áp chẩun là 1/3 Vcc và 2/3 Vcc.  OP-AMP 1 là mạch khuyếch đại so sánh ngõ vao (-) nhận diện điện áp chuẩn 2/3 Vcc ,còn ngõ vào (+) thì nối ra ngoài chân 6.Tùy thuộc điện áp của chân 6 so với điện áp chuẩn 2/3 Vcc mà OP-AMP 1 có điện áp ra mức cao hay mức thấp để làm tín hiệu R(Reset) điều khiển Fip-Flop (F/F). OP-AMP 2 là mạch khuyếch đại so sánh có ngõ vào(+) nhận điện áp chuẩn 1/3 Vcc,còn ngõ vào (-) thì nối với chân 2.Tùy thuộc điện áp chân 2 so với điện áp chuẩn 1/3 Vcc mà OP-AMP 2 có mức cao hay thấp để làm tín hiệu S(Set) điều khiển Flip-Flop(F/F). Mạch Flip-Flop (F/F) là laọi mạch lưỡng ổn kích một bên. Khi chân Set(S) có điện áp cao thì điệp áp này kích đối trạng thái của F/F là ngõ Q lên mức cao và ngõ Q/ của F/F xuống mức thấp.Khi ngõ Set(S) đang ở mức cao xuống mức thấp thì mạch F/F không đổi trạng thái.Khi chân Reset(R) có điện áp cao thì điện áp này kích đồi trạng thái của F/F làm ngõ Q/ lên mức cao và ngõ Q xuống mức thấp.Khi ngõ Reset (R) đang ở mức cao xuống mức thấp thì mạch F/F không đổi trạng thái. Mạch OUTPUT là mạch khuyếch đại ngõ ra để tăng độ khuyếch đại dòng cấp cho tải.Đây là mạch khuyếch đại đảo có ngõ vào là chân Q/ của F/F.nên khi Q/ ở mức cao thì ngõ ra chân 3 của IC sẽ có mức điện áp thấp (~0V) và ngược lại khi Q/ ở mức thấp thì ngõ ra chấnố 3 của IC có điện áp cao(~Vcc). Transistor T 1 có chân E nối vào một điện áp chuẩn khoảng 1.4V và vì là loại transistor PNP nên khi cực B nối ra ngoài bởi chân số 4 có điện áp cao hơn 1.4 V thì T 1 ngưng dẫn,dẫn đến T 1 không ảnh hưởng đến hoạt động của mạch.Khi chân 4 có điện trở trị số nhỏ thích hợp nồi mass thì T 1 dẫn bảo hòa đồng thời làm mạch OUTPUT cũng dẫn bảo hòa và làm ngõ ra xuống thấp.Chân 4 được gọi là chân Reset có nghĩa là nó Reset IC555 bất chấp tình trạng ơ các ngõ vào khác, do đó chân Reset kết thúc xung ra sớm khi cần.Nếu không dùng chức năng Reset thì nối chân này lên Vcc để chông nhiễu. Transistor T 2 là chân transistor co cực C để hở nối ra chân số 7 (Dischange=xả).Do cực B dược phân cực bởi mức điện áp ra Q/ của F/F nên khi Q/ ở mức cao thì T 2 dẫn bảo hòa và cực C của T 2 coi như nối mass,lúc đó ngõ ra chân 3 cũng ở mức thấp; Khi Q/ ở mức thấp thì T 2 ngưng dẫn làm cho cự C của T 2 bị hở, lúc đó ngõ ra chân 3 có mức điện áp cao.Theo nguyên lý trên cực C của T 2 ra chân 7có thể làm ngõ ra phụ có mức điện áp giống mức điện áp của ngõ ra chân số 4. Page 7 of 29 MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG 4.khảo sát transistor 4.1cấu tạo cơ bản của transistor(BJT) Hình sau đây mô tả cấu trúc của hai loại transistor NPN và PNP Nồng độ tạp chất của vùng E lớn hơn vùng B và vùng C có nồng độ tạp chất nhỏ nhất.Vùng nền có kích thước hẹp nhất trong ba vùng bán dẫn kế đến là vùng phát và vùng thu là rộng nhất.Transistor NPN có đáp ứng tần số cao tốt hơn transistor PNP.Bây giờ chúng ta chỉ khảo transistor NPN còn transistor PNP cũng tương tự 4.2 transistor ở trạng thái chưa phân cực Khi pha chất cho (donor) vào thanh bán dẫn tinh khiết ta được chất bán dẫn loại N.Các điện tử tự do(còn thừa của chất cho)có mức năng lượng trung bình gần dãi dẫn điện(mức năng lượng Fermi được năng lên).Tượng tự nếu chất pha tạp là chất nhận(acceptor)thì ta có chất bán dẫn loại P.Các lỗ trống của chất nhận có mức năng lượng trung bình nằm gần dãi hóa trị hơn(mức năng lượng fermi được giảm xuống) Khi nối P-N được xác lập,một rào điện thế sẽ tạo ra tại nối .Các điện tử tử tự do trong vùng N sẽ khếch tán sang vùng P và ngược lại các lỗ trống từ vùng P sẽ khếch tán sang vùng N.Kết quả là tại hai bên mối nối,bên vùng N các ion dương bên vùng P là các ion âm.chúng đã tại ra hàng rào điện thế Hiện tượng này cũng thấy ở tại hai mối nối transistor.Quan sát vùng hiếm,ta thấy ta thấy rằng kích thước của hiếm là một hàm số theo nồng độ chất pha.Nó rộng ở vùng chất pha nhẹ và hẹp ở vùng chất pha đậm Page 8 of 29 MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG 4.3cơ chế hoạt động của transistor lưỡng cực Trong ứng dụng thông thường(khếch đại),nối phát nền phải được phân cực thuận trong lúc nối thu nền phải được phân cực nghịch Vì nối phát nền phân cực thuận nền vùng hiếm hẹp lại,nối thu nền được phân cực nghịch nên vùng hiếm rộng ra Nhiều điện tử từ cực âm của nguồn V EE đi vào vùng phát và sang vùng nền.Như ta đã biết,vùng nền pha tạp chất ít và rất hẹp nên lỗ trống không nhiều do đó lượng lỗ trống khếch tán sang vùng phát không đáng kể Mạch phân cực như sau: Page 9 of 29 MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG Do vùng nền hẹp và ít lỗ trống nên có một ít điện tử khếch tán sang vùng phát tái hợp với lỗ trống của vùng nền.Hầu hết các điện tử tử từ vùng này khếch tán thẳng qua vùng thu và bị hút về cực dương của nguồn V CC. Các điện tử tự do vùng phát như vậy tạo nên dòng điện cực phát I E chạy từ cực phát E.Các điện tử từ vùng thu chạy về cực dương của nguồn V CC tạo ra dòng điện thu I C chạy vào vùng thu Mặt khác,một số ít điện tử là hạt thiểu số của vùng nền chạy về cực dương của nguồn V EE tạo nên dòng điện I B rất nhỏ chạy vào cực nền B. Như vậy, theo định luật kirchoff,dòng điện I E bằng tổng dòng I B và I C . Ta có:I E =I B +I C Vì dòng I B rất nhỏ nên có thể coi I E =I C 4.4cách lắp transistor và độ lợi dòng điện Khi sử dụng,transistor được ráp theo ba cách căn bản sau: -ráp theo kiểu cực nền chung(1) -ráp theo kiểu cực thu chung(2) -ráp theo kiểu cực phát chung(3) Page 10 of 29 [...]... thể khảo sát tương tự Như vậy chúng ta đã khảo sát cơ bản các đặc tính quan trọng của BJT với tính hiệu một chiều 5.giới thiệu sơ lược về relay Gồm một cuộn hút và hai tiếp điểm,một tiếp điểm thường đóng và một tiếp điểm thường mở. Khi có dòng điện chạy qua cuộn hút Page 27 of 29 MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG III/KHẢO SÁT MỘT SỐ MẠCH TẮT MỞ ĐÈN ĐƯỜNG KHÁC Mạch điện tự động tắt mở đèn đường dùng AC Ban... đủ để mở DIAC nên TRIAC không hoạt động ,đèn tắt. Về đêm,quang trở tăng trị số,làm tăng điện thế ở điểm A thông DIAC và kích TRIAC dẫn điện,bóng đèn sáng nguyên lí hoạt động của mạch: Page 28 of 29 MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG khi có ánh sáng chiếu vào quang trở(ban ngày) thì giá trị quang trở giảm dẫn đến V2 tăng lên và V2 >V3 nên điện áp ngõ ra ở mức thấp không làm cho Q1 dẫn nên relay chưa hoạt động. .. vùng hoạt động của transistor Page 16 of 29 MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG Vùng tác độngp:nối nền phát phân cực thuận,nối nền thu phân cực nghịch.Trong vùng này đặc tuyến là những đường thẳng song song và cách đều.Trong các ứng dụng thông thường,transistor được phân cực trong vùng tác động Vùng ngưng:nối nền phát phân cực nghịch(IE=0),nối thu nền phân cực nghịch.trong vùng này transistor không hoạt động Vùng... MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG Tác động của nhiệt độ ảnh hưởng đến điểm điều hành của transistor,nó là nguyên nhân làm thông số của transistor thay đổi và kết quả là tín hiệu bị biến dạng 4.6điểm điều hành đường thẳng lấy dòng điện một chiều Ta xem mạch dùng mạch transistor BJT NPN trong mô hình cực nền chung như sau: Page 21 of 29 MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG Để xác định điểm tĩnh điều hành Q vad đường thẳng... 1.ảnh hưởng của điện trở cực thu RC:RC =1,5K Ω,2K Ω,3K Ω , I E lên Ta có: Page 23 of 29 MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG Khi RC =2K Ω, Hình 21 khi RC =1,5K Ω(RC giảm),giữ RE , VEE, VCC không đổi Page 24 of 29 MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG Hình 22 khi RC =3K Ω (RC tăng) Page 25 of 29 MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG Như vậy,khi giữ các nguồn phân cực VCC ,VEE, RE cố định thay đổi RC điểm điều hành Q sẽ chạy trên đặc... E ≅ I E Suy ra dòng điện cực thu là IC 3.mạch ngõ ra: Ta có: Đây là phương trinh đường thẳng lấy điện một chiều (đường thẳng lấy điện tỉnh).Trên đặc tuyến ra,giao điểm của đường thẳng lấy điện với IE tương ứng(thông số)của đặc tuyến ra chính là điểm tĩnh điều hành Q Chúng ta chú ý rằng: Page 22 of 29 MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG - khi VCB=0 IC =ISH = V R CC (dòng điện bão hòa) C - khi IC=0(dòng ngưng)... ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG đặc tuyến ngõ vào:biểu diễn sự thay đổi của dong điện IB theo điện thế ngõ vào VBE Trong đó hiệu điện thế thu phát VCE chọn làm thông số đặc tuyến như sau: đặc tuyến ngõ ra:biểu diễn dòng điện cực thu IC theo điện thế ngõ ra VCE với dòng điện ngõ vào IB được chon làm thông số đặc tuyến ra như sau: Page 18 of 29 MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG -Ta thấy có ba vùng hoạt động của transistor:vùng... dạng như sau: Page 19 of 29 MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG Đối với transistor silic,vùng hoạt động có VBE nằm trong khoảng 0,50,8V.Trong hình này đặc tính truyền có dạng hàm mũ,ở vùng bảo hòa ,dòng IC tăng nhanh khi VBE thay đổi.Ở vùng ngưng,khi VBE thay đổi.Ở vùng ngưng,khi VBE còn nhỏ,dòng rỉ qua transistor ICES rất nhỏ,thường xấp xỉ ICBO Ngay cả trong vùng hoạt động, khi VBE thay đổi một lượng nhỏ(từ dòng... MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG Như vậy,ta có: Nếu ICBO xấp xỉ bằng 0,xem như không đáng kể: Ta có: I ≅α I C DC E Đó là công thức lí tưởng mà ta đã thấy ở phần trên.Ngoài ra từ phương trình dòng điện căn bản: IE=IB+IC Suy ra Ta tìm thấy: Nhưng : Thay vào phương trình trên ta tim được: Chúng ta đăt ICEO = (β DC )I +1 CBO và phương trình trên được viết lại Page 14 of 29 MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG Như vậy,ta... cho Q1 dẫn nên relay chưa hoạt động và bóng đèn cũng chưa sáng khi không có ánh sáng chiếu vào (ban đêm)thì giá trị quang trở tăng dẫn đến V2 giảm và V2 . nhất là trong linh vực tự động đã và đang làm thay đổi bộ mặt đất nước liên tục từng ngày.trong đó hệ thống tự động tắt mở đèn đường là một nhu cầu tất. này thì chúng em muốn rằng trong một tương lai không xa thì hệ thống tắt mở đèn đường tự động sẽ nhanh chóng phát triển sâu rộng vào cuộc sống.Đồng thời