Mạch báo động dùng tia hồng ngoại

Mạch báo động dùng tia hồng ngoại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ

-oOo -ĐỒ ÁN HỌC PHẦN I:

Giáo viên: ĐÀO THỊ THU THỦY

TP.HCM

LỜI NÓI ĐẦU



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 kỹ thuật điều khiển từ xa bằng hồng ngoại Sử dụng hồng ngoại 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 và thi công một mạch ứng dụng nhỏ trong thu phát hồng ngoại : “MẠCH BÁO ĐỘNG DÙNG TIA HỒNG NGOẠI” 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 cô cùng các bạn.

LỜI CẢM ƠN



Sinh viên thực hiện xin bày tỏ lòng biết ơn đến GVHD cô : Đào Thị Thu Thủy đã tận tình giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án Sinh

viên cũng thật lòng biết ơn đến các quý thầy cô trong trường Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM đã giúp em có được những kiến thức quý báu trong suốt thời gian qua, để chúng em có thể hoàn thành tốt việc thực hiện đồ án này

Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn sự đóng góp ý kiến của tất cả quý thầy cô và sự nhiệt tình của các bạn đã giúp đỡ việc thực hiện đồ án trong suốt thời gian qua.

Sinh viên thực hiện:

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Tp Hồ Chí Minh, ngày …tháng … năm…

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Tp Hồ Chí Minh, ngày ….tháng….năm…

GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

MỤC LỤC

Trang

LỜI MỞ ĐẦU……… 2

LỜI CẢM ƠN……… ………3

PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ MỘT VÀI LINH KIỆN……….6

ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG MẠCH 1 Điện trở……… 6

2 Tụ điện………7

3 Tranzitor……….8

4 Diode_Led……… 8

5 IC NE555………8

6 IC 7805_ IC ổn áp 5 Vol……… 11

7 IC phát nhạc……….12

PHẦN II: SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NHIỆM VỤ CÁC KHỐI CHÍNH……… 12

1 Sơ đồ khối phát hồng ngoại……….12

2 Sơ đố khối thu hồng ngoại……… 13

PHẦN III: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG………14

1 Khối nguồn……… 14

2 Khối phát tín hiệu hồng ngoại……….14

3 Khối thu tín hiệu hồng ngoại và phát tín hiệu báo động……….15

PHẦN IV: THI CÔNG ĐỀ TÀI ……… 17

PHẦN V: KẾT LUẬN………18

1 Kết quả………18

2 Hạn chế………18

3 Hướng phát triển……….18

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… …… 19

MỤC LỤC………20

PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ MỘT VÀI LINH KIỆN

ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG MẠCH

1.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%

2.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

Kí hiệu: được kí hiệu là C

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

Cách đọc giá trị của tụ điện:

- Đọc trực tiếp trên thân điện trở, ví dụ 100µF (100 micro Fara)

Nếu là số dạng 103J, 223K, 471J vv thì đơn vị là pico, hai số đầu giữ nguyên , số thứ

3 tương ứng số lượng số 0 thêm vào sau( chữ J hoặc K ở cuối kà ký hiệu cho sai số) -Ví dụ 1:103J sẽ là 10000 pF (thêm vào 3 số 0 sau số 10) = 10 nF

- Ví dụ 2: 471K sẽ là 470 pF (thêm 1 số 0 vào sau 47)

Sau trị số điện dung bao giờ cũng có giá trị điện áp, điện áp ghi trên tụ chính là điện

áp cực đại mà tụ có thể chịu được, vượt qua giá trị này thì tụ điện có thể bị hư hỏng hoặc bị cháy nổ

3 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

4 Diode_Led

- Diode thường

-Led

- Photodiode :

Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại)

được phát ra từ Led là ánh sáng không

thể nhìn thấy được bằng mắt thường,

có bước sóng khoảng từ 0.86µm đến

0.98µm Tia hồng ngoại có vận tốc

truyền bằng vận tốc ánh sáng và được

thu lại và sử lý sang tín hiệu số bằng:

TSOP1138, TSOP1738,

TSOP1736-38Khz

5 IC NE555.

IC NE555 gồm có 8 chân

- Chân số 1(GND): cho nối mase để lấy dòng cấp cho IC

- Chân số 2(TRIGGER): ngõ vào của 1 tần so áp.mạch so áp dùng

các transistor PNP Mức áp chuẩn là 2*Vcc/3

- Chân số 3(OUTPUT): Ngõ ra trạng thái ngõ ra chỉ xác định theo

mức volt cao(gần bằng mức áp chân 8) và thấp (gần bằng mức áp chân 1)

- 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

Q 2

Q 1

- 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 mase Tuy nhiên trong hầu hết các mạch ứng dụng chân số 5 nối masse qua 1 tụ từ 0.01uF đến 0.1uF, các tụ có tác dụng lọc bỏ nhiễu giữ cho mức áp chuẩn ổn định

- Chân số 6(THRESHOLD) : là ngõ vào của 1 tầng so áp khác mạch so sánh dùng các transistor NPN mức chuẩn là Vcc/3

- Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem như 1 khóa điện và chịu điều khiển bei tầng logic 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 lfc IC 555 dùng như 1 tầng dao động

- Chân số 8 (Vcc): cấp nguồn nuôi Vcc để cấp điện cho IC.Nguồn nuôi cấp cho IC 555 trong khoảng từ 5v - 15v và mức tối đa là 18v

Cấu tạo của NE555 gồm OP-amp so sánh điện áp, mạch lật và transistor để xả điện Cấu tạo của IC đơn giản nhưng hoạt động tốt Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành 3 phần Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương của amp 1 và điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm của Op-amp 2 Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 VCC, chân S = [1] và FF được kích Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 VCC, chân R của FF = [1] và FF được reset

Giải thích sự dao động:

Ký hiệu 0 là mức thấp bằng 0V, 1 là mức cao gần bằng VCC Mạch FF là loại RS Flip-flop,KhiS=[1]thìQ=[1]và =[ 0]

Sau đó, khi S = [0] thì Q = [1] và = [0]

Khi R = [1] thì = [1] và Q = [0]

Tóm lại, khi S = [1] thì Q = [1] và khi R = [1] thì Q = [0] bởi vì = [1], transisitor

mở dẫn, cực C nối đất Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp ở chân 6 không vượt quá V2 Do lối ra của Op-amp 2 ở mức 0, FF không reset

Giai đoạn ngõ ra ở mức 1:

Khi bấm công tắc khởi động, chân 2 ở mức 0

Vì điện áp ở chân 2 (V-) nhỏ hơn V1(V+), ngõ ra của Op-amp 1 ở mức 1 nên S = [1],

Q = [1] và = [0] Ngõ ra của IC ở mức 1.Khi = [0], transistor tắt, tụ C tiếp tục nạp qua R, điện áp trên tụ tăng Khi nhấn công tắc lần nữa Op-amp 1 có V- = [1] lớn hơn V+ nên ngõ ra của Op-amp 1 ở mức 0, S = [0], Q và vẫn không đổi Trong khi điện áp tụ C nhỏ hơn V2, FF vẫn giữ nguyên trạng thái đó

Giai đoạn ngõ ra ở mức 0:

Khi tụ C nạp tiếp, Op-amp 2 có V+ lớn hơn V- = 2/3 VCC, R = [1] nên Q = [0] và

= [1] Ngõ ra của IC ở mức 0

Vì = [1], transistor mở dẫn, Op-amp2 có V+ = [0] bé hơn V-, ngõ ra của Op-amp 2

ở mức 0 Vì vậy Q và không đổi giá trị, tụ C xả điện thông qua transistor

Kết quả cuối cùng:

Ngõ ra OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vuông, có chu kỳ ổn định

Thiết kế mạch dao động = IC

Nội dung : IC tạo dao động họ XX555, Thiết kế mạch dao động tạo ra xung vuông có tần số và độ rộng bất kỳ

1 IC tạo dao động XX555 ; XX có thể là TA hoặc LA v v

Mạch dao động tạo xung bằng IC 555, Vcc cung cấp cho IC có thể sử dụng từ 4,5V đến 15V , đường mạch mầu đỏ là dương nguồn, mạch mầu đen dưới cùng là âm nguồn

Tụ 103 (10nF) từ chân 5 xuống mass là cố định và bạn có thể bỏ qua ( không lắp cũng được )

Khi thay đổi các điện trở R1, R2 và giá trị tụ C1 bạn sẽ thu được dao động có tần số

và độ rộng xung theo ý muốn theo công thức:

T = 0.7 × (R1 + 2R2) × C1 và f = 1.4 / ( (R1 + 2R2) × C1 )

T = Thời gian của một chu kỳ toàn phần tính bằng (s)

f =Tần số dao động tính bằng (Hz)

R1 = Điện trở tính bằng ohm (W )

R2 = Điện trở tính bằng ohm ( W )

C1 = Tụ điện t ính bằng Fara ( W )

T=Tm+Ts T: chu kỳ toàn phần

Tm = 0,7 x ( R1 + R2 ) x C1

Tm : thời gian điện mức cao

Ts = 0,7 x R2 x C1 Ts : thời gian điện mức thấp

Chu kỳ toàn phần T bao gồm thời gian có điện

mức cao Tm và thời gian có điện mức thấp Ts

Từ các công thức trên ta có thể tạo ra một dao

động xung vuông có độ rộng Tm và Ts bất kỳ

Sau khi đã tạo ra xung có Tm và Ts ta có T =

Tm + Ts và f = 1/ T

* Thí dụ thiết kế mạch tạo xung như hình dưới đây

Bài tập : Lắp mạch dao động trên với các thông số :

C1 = 10µF = 10 x 10-6 = 10-5 F

R1 = R2 = 100KW = 100 x 103 W

Tính Ts và Tm = ? Tính tần số f = ?

Bài làm:

Ta có Ts = 0,7 x R2 x C1 = 0,7 x 100.103 x 10-5 = 0,7 s

Tm = 0,7 x ( R1 + R2 ) x C1 = 0,7 x 200.103 x 105 = 1,4 s

=> T = Tm + Ts = 1,4s + 0,7s = 2,1s

=> f =1 / T = 1/2,1 ~ 0,5 Hz

Mạch tạo xung có Tm = 0,1s , Ts = 1s

6 IC 7805_ IC ổn áp 5 Vol.

Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp

quá cao, sử dụng IC ổn áp thường được người thiết kế sử dụng vì

mạch điện khá đơn giản Các loại ổn áp thường được sử dụng là IC

78xx, với xx là điện áp cần ổn áp Ví dụ 7805 ổn áp 5V, 7812 ổn

áp 12V Việc dùng các loại IC ổn áp 78xx tương tự nhau, dưới đây

là minh họa cho IC ổn áp 7805

Sơ đồ phía dưới IC 7805 có 3 chân:

Chân số 1 là chân IN

Chân số 2 là chân GND

Chân số 3 là chân OUT

Ngõ ra OUT luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay

đổi Mạch này dùng để bảo vệ những mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 5V (các loại

IC thường hoạt động ở điện áp này) Nếu nguồn điện có sự cố đột ngột: điện áp tăng cao thì mạch điện vẫn hoạt động ổn định nhờ có IC 7805 vẫn giữ được điện áp ở ngõ

ra OUT 5V không đổi

Mạch trên lấy nguồn một chiều từ một máy biến áp với điện áp từ 7V đến 9V để đưa vào ngõ IN Khi kết nối mạch điện, do nhiều nguyên nhân, người dùng dễ nhầm lẫn cực tính của nguồn cung cấp khi đấu nối vào mạch, trong trường hợp này rất dễ ảnh hưởng đến các linh kiện trên board mạch Vì lí do đó một diode cầu được lắp thêm vào mạch, diode cầu đảm bảo cực tính của nguồn cấp cho mạch theo một chiều duy nhất, và nguời dùng cũng không cần quan tâm đến cực tính của nguồn khi nối vào ngõ

IN nữa

Chú ý: điện áp đặt trước IC78xx phải lớn hơn điện áp cần ổn áp từ 1.5V đến 2V

Tụ điện đóng vai trò ổn định và chống nhiễu cho nguồn (có thể bỏ hai tụ điện nếu mạch điện không đòi hỏi)

7 IC phát nhạc.

IC3 UM66 chỉ là con chíp phát nhạc được khuyếch đại bởi

Transitor nhằm cảnh báo khi có sự đột nhập

PHẦN II: SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NHIỆM VỤ CÁC

KHỐI CHÍNH

1 Sơ đồ khối phát hồng ngoại.

Khối chọn chức năng và khối mã hóa: Khi người sử dụng bấm vào các phím chức năng để phát lệnh yêu cầu của mình, mỗi phím chức năng tương ứng với một số thập phân Mạch mã hóa sẽ chuyển đổi thành mã nhị phân tương ứng dưới dạng mã lệnh tín hiệu số gồm các bít 0 và 1 Số bit trong mã lệnh nhị phân có thể là 4 bit hay 8 bit tùy theo số lượng các phím chức năng nhiều hay ít

- Khối dao động có điều kiện: Khi nhấn 1 phím chức năng thì đồng thời khởi động

mạch dao động tạo xung đồng hồ, tần số xung đồng hồ xác định thời gian chuẩn của mỗi bit

- Khối chốt dữ liệu và khối chuyển đổi song song ra nối tiếp: Mã nhị phân tại mạch

mã hóa sẽ được chốt để đưa vào mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp Mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp được điều khiển bởi xung đồng hồ và mạch định thời nhằm đảm bảo kết thúc đúng lúc việc chuyển đổi đủ số bit của một mã lệnh

- Khối điều chế và phát FM: mã lệnh dưới dạng nối tiếp sẽ được đưa qua mạch điều chế và phát FM để ghép mã lệnh vào sóng mang có tần số 38Khz đến 100Khz, nhờ sóng mang cao tần tín hiệu được truyền đi xa hơn, nghĩa là tăng cự ly phát

- Khối thiết bị phát: là một LED hồng ngoại Khi mã lệnh có giá trị bit =’1’ thì LED phát hồng ngoại trong khoảng thời gian T của bit đó Khi mã lệnh có giá trị bit=’0’ thì LED không sáng Do đó bên thu không nhận được tín hiệu xem như bit = ‘0’

2 Sơ đố khối thu hồng ngoại.

- Khối thiết bị thu: Tia hồng ngoại từ phần phát được tiếp nhận bởi LED thu hồng ngoại hay các linh kiện quang khác

- Khối khuếch đại và Tách sóng: trước tiên khuếch đại tính hiệu nhận rồi đưa qua mạch tách sóng nhằm triệt tiêu sóng mang và tách lấy dữ liệu cần thiết là mã lệnh

- Khối chuyển đổi nối tiếp sang song song và Khối giải mã: mã lệnh được đưa vào mạch chuyển đổi nối tiếp sang song song và đưa tiếp qua khối giải mã ra thành số thập phân tương ứng dưới dạng một xung kích tại ngõ ra tương ứng để kích mở mạch điều khiển

-Tần số sóng mang còn được dùng để so pha với tần số dao động bên phần thu giúp cho mạch thu phát hoạt động đồng bộ , đảm bảo cho mạch tách sóng và mạch chuyển đổi nối tiếp sang song song hoạt động chính xác