MẠCH ĐÈN CẢM BIẾN ÁNH SÁNG

MẠCH ĐÈN CẢM BIẾN ÁNH SÁNG CÓ KHẢ NĂNG TỰ ĐỘNG ĐÓNG, NGẮT KHI TRỜI SÁNG HOẶC TỐI TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảohttp:vi.scribd.comdoc141303629Ti%E1%BB%83ulu%E1%BA%ADnC%E1%BA%A3mbi%E1%BA%BFnanhsangdungIC555

MỤC LỤC

t luận………… 16

Phần 6 Tài liệu tham khảo……….16

Phần 1: Giới thiệu ý tưởng và xác định chỉ tiêu kỹ thuật

của sản phẩm

1.1 Phân tích nhu cầu và sự cần thiết của sản phẩm

- Điện năng là một nguồn năng lượng rất quan trọng trong cuộc sống hiện đại , chính vì vậy mà điện phải được sử dụng một cách thích hợp Đèn cảm biến ánh sáng ra đời dựa trên nhu cầu tiết kiệm điện nhưng vẫn không tốn công sức trong việc điều khiển hệ thống ánh sáng

- Mạch cảm biến được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều thiết bị chiếu sáng quen thuộc như đèn cầu chiếu sáng, đồng thời đối với việc tiết kiệm điện năng và công sức con người

1.2 Các sản phẩm đã có trên thị trường

- Trên thị trường hiện nay có rất nhiều sản phẩm sử dụng mạch nguyên lý cảm biến ánh sáng để phục vụ cho mục đích chiếu sáng , sau đây là một số sản phẩm điển hình

1.2.1: Đèn vườn tự động

- Đèn sử dụng năng lượng mặt trời , tự động sạc và bật sáng vào ban đêm

- Thông số kỹ thuật:

• Độ sáng của LED : 30.000cmd

• Pin sạc AA – 1.2V x 600mmA

• Thời gian sạc : 8-10 giờ

• Thời gian sáng : 9-10 giờ

- Giá thành : 160.000đ/1 cái

1.2.2 Đèn cảm ứng

- Đèn LED tự động phát sáng khi trời tối, tự động tắt khi bật các thiết bị chiếu sáng khác, có thể cắm ở cầu thang , phòng ngủ, phòng vệ sinh để tránh vấp ngã do trời tối

- Thông số kỹ thuật :

• Điện áp : 160 – 250V

• Công suất: 1W

• Giá thành: 60.000đ/ 1 cái

1.3 Các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm

1.3.1 Chức năng của sản phẩm

- Sản phẩm sử dụng nguồn 1 chiều 6V để cung cấp cho bóng LED , đồng thời

tự đông tắt khi có ánh sáng chiếu vào , tự động bật khi không có ánh sáng, hoặc ánh sáng quá yếu

1.3.2 Chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm

- Hoạt động ổn định trong dải từ 4-6V

- Đèn phải tắt khi trời sáng và tự bật khi cường độ ánh sáng giảm đến 1 mức

độ nhất định

- Độ nhạy cao và ổn định

- Mạch đơn giản và dễ tùy biến

Tín hiệu đầu vào:

- Tín hiệu đầu vào là ánh sáng , cụ thể là ánh sáng chiếu vào quang trở Tín hiệu này có thể thay từ từ theo thời gian ( nếu là ánh sáng mặt trời) hoặc đột ngột ( nếu là ánh sáng nhân tạo)

Tín hiệu đầu ra:

- Tín hiệu đầu ra là tín hiệu quang , cụ thể là ánh sáng của đèn LED

1.3.3: Các yêu cầu phi chức năng

- Nhỏ gọn, bền

- Giá thành rẻ ( khoảng 50.000đ)

Phần 2: Lựa chọn phương án kỹ thuật

2.1 : Sơ đồ khối của sản phẩm

- Tác nhân: Ánh sáng tự nhiên ( ánh sáng mặt trời) hoặc ánh sáng nhân tạo ( bóng đèn)

- Khối cảm biến : Có chức năng biến tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện, ở đây ta dung quang trở Như chúng ta đã biết , khi được ánh sáng chiếu vào , điện trở của quang trở giảm đi đáng kể so với khi không được chiếu sáng

- Khối nguồn: Có nhiệm vụ cung cấp nguồn điện cho mạch, ở đây là nguồn Pin 1 chiều 6V

2.2 Thuật toán, linh kiện, kiến trúc mạch

Những linh kiện sử dụng trong mạch

2.2.1 Điện trở, biến trở.

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

- Cấu tạo : Điện trở được cấu tạo từ những vật liệu có điện trở suất cao như than, Magie, Ni-O2, gốm … Để biểu thị giá trị của điện trở người ta sử dụng những vòng màu

Kí hiệu: Hình ảnh:

2.2.2 Diode – LED

- Diode thường: là linh kiện điện tử tự động và phi tuyến, cho phép dòng điện

đi qua nó theo 1 chiều duy nhất , tính chất này dựa trên các tính chất của tiếp tuyến P-N

- Diode phát quang (LED) thực chất được cấu tạo bởi 1 lớp chuyển tiếp P-N

dị thể (P-P-N), ở gần mặt tiếp xúc P-N có 1 vùng gọi là vùng điện tích không gian hình thành do sự khuếch tán điện tử ở N sang P và lỗ trống từ P sang N Khi đặt thiên áp thuận , cường độ điện trường tại vùng điện tích không gian giảm xuống làm tăng mật độ hạt dẫn dư , từ đó xảy ra quá trình tái tổ hợp giữa các điện tử và lỗ trống , quá trình tái tổ hợp này sinh ra năng lượng và được giải phóng dưới dạng nhiệt ( với bán dẫn xiên như Si) hoặc ánh sáng vàng-đỏ ( với bán dẫn thẳng GaAsP) Lợi dụng tính chất này người ta chế tao ra LED (light emitting diode – diode phát quang ) Phần ngoài của LED

có 1 thấu kính để tập trung ánh sáng ra ngoài

Hình ảnh: Kí hiệu :

- Để có ánh sáng liên tục, người ta phân cực thuận LED Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước song ánh sáng phát ra khác nhau sẽ

quyết định mà sáng của LED Thông thường LED có điện thế phân cực thuận cao hơn diode thong thường trong khoảng 1.5V – 2.8V, tùy theo màu LED phát ra và dòng qua LED tối đa khoảng vài mA

2.2.3 Quang trở (light dependant resistor – LDR)

- Quang trở là 1 điện trở có trị số phụ thuộc vào ánh sáng chiếu vào nó , bình thường điện trở quang trở rất lớn , có thể lên đến 1000000 Ω Nhưng khi có ánh sáng chiếu vào , điện trở của nó giảm đột ngột Quang trở có tác dụng đặc biệt trong mạch cảm biến sáng – tối

Kí hiệu: Hình ảnh:

2.2.4 Tụ điện

- Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động vv

- Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi

- Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi

và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như

Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ hoá

Phân loại:

- Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ mica (Tụ không phân cực )

Các loại tụ này không phân biệt âm dương và thường có điện dung nhỏ từ 0,47 µF trở xuống, các tụ này thường được sử dụng trong các mạch điện có tần số cao hoặc mạch lọc nhiễu

Tụ gốm - là tụ không phân cực.

- Tụ hoá ( Tụ có phân cực )

Tụ hoá là tụ có phân cực âm dương , tụ hoá có trị số lớn hơn và giá trị từ 0,47µF đến khoảng 4.700 µF , tụ hoá thường được sử dụng trong các mạch

có tần số thấp hoặc dùng để lọc nguồn, tụ hoá luôn luôn có hình trụ

Tụ hoá - Là tụ có phân cực âm dương

- Tụ xoay

Tụ xoay là tụ có thể xoay để thay đổi giá trị điện dung, tụ này thường được lắp trong Radio để thay đổi tần số cộng hưởng khi ta dò đài

Tụ xoay sử dụng trong Radio

2.2.5 IC NE555

- IC 555: là một loại linh kiện khá là phổ biến bây giờ với việc dễ dàng tạo được xung vuông và có thể thay đổi tần số tùy thích, với sơ đồ mạch đơn giản,điều chế được độ rộng xung Nó được ứng dụng hầu hết vào các mạch tạo xung đóng cắt hay là những mạch dao động khác Đây là linh kiện của hãng CMOS sản xuất

Các thông số cơ bản của IC 555 có trên thị trường :

- Điện áp đầu vào : 2 - 18V ( Tùy từng loại của 555 : LM555, NE555,

NE7555 )

- Dòng điện cung cấp : 6mA - 15mA

- Điện áp logic ở mức cao : 0.5 - 15V

- Điện áp logic ở mức thấp : 0.03 - 0.06V

- Công suất lớn nhất là : 600mW

* Các chức năng của 555:

- Là thiết bị tạo xung chính xác

- Máy phát xung

- Điều chế được độ rộng xung (PWM)

- Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng trong thu phát hồng ngoại)

Sơ đồ chân IC555:

- Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi là chân chung

- Chân số 2(TRIGGER): Đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được dùng như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp.Mạch so sánh ở đây dùng các transitor PNP với mức điện áp chuẩn là 2/3Vcc

- Chân số 3(OUTPUT): Chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic Trạng thái của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1 1 ở đây là mức cao nó tương ứng với gần bằng Vcc nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đương với 0V nhưng mà trong thực tế mức 0 này ko được 0V mà nó trong khoảng từ (0.35 ->0.75V)

- Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái ra Khi chân số 4 nối masse thì ngõ ra ở mức thấp Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo mức áp trên chân 2 và 6.Nhưng mà trong mạch để tạo được dao động thường hay nối chân này lên VCC

- Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong

IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối GND Chân này có thể không nối cũng được nhưng mà để giảm trừ nhiễu

người ta thường nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn được ổn định

- Chân số 6(THRESHOLD) : là một trong những chân đầu vào so sánh điện

áp khác và cũng được dùng như 1 chân chốt

- Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịu điều khiển bỡi tầng logic của chân 3 Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại.ngược lại thì nó mở ra Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc

IC 555 dùng như 1 tầng dao động

- Chân số 8 (Vcc): Không cần nói cũng bít đó là chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động Không có chân này coi như IC chết Nó được cấp điện áp

từ 2V >18V (Tùy từng loại 555 thấp nhất là con NE7555)

Cấu tạo bên trong và nguyên tắc hoạt động:

- Cấu tạo:

- Nguyên tắc hoạt động:

Phần 3: Sơ đồ nguyên lý và mô phỏng hoạt động của mạch

Sơ đồ nguyên lý :

Nguyên lý hoạt động:

- Khi có ánh sáng chiếu vào quang trở thì điện trở của quang trở giảm dòng điện qua quang trở tăng điện trở 10K sẽ có tác dụng phân áp đồng thời điện trở R4 4K7 tạo áp định thiên nạp tụ C2 và tạo xung kích cho tín hiệu +5V ra chân số 3 đèn led sáng khi không có ánh sáng thì ngược lại điện trở ldr 3 tăng lên tới 1M Ω dòng qua nó xấp xỉ bằng 0 lúc này điện trở R2 10K nối chân số 2 xuống đất tạo ra 1 xung âm -5V làm đèn led tắt

Mô phỏng proteus:

Phần 4: Triển khai và chạy thử

Sau khi đã lắp được mạch, nhóm em đã demo sản phẩm và thu được kết quả sau : Khi có ánh sáng :

Khi trời tối :

Phần 5 Đánh giá ưu nhược điểm của mạch và kết luận

- Ưu điểm:

• Nhỏ gọn

• Tiết kiệm điện

• Hiệu quả sử dụng cao, an toàn

• Dễ lắp đặt, thay mới

- Nhược điểm:

• Trên thị trường hiện nay có nhiều sản phẩm nhái, giá rẻ nhưng độ bền thấp, chất lượng kém gây mất lòng tin của người tiêu dùng vào mặt hàng này

Phần 6 Tài liệu tham khảo

%ADn-C%E1%BA%A3m-bi%E1%BA%BFn-anh-sang-dung-IC555

Cuối cùng nhóm Super Girls chúng em xin chân thành cảm ơn thầy đã đóng góp ý kiến giúp chúng em hoàn thành tốt đề tài này.

Chúc thầy ngày mới vui vẻ!!!