Đề tài Điện tử số Thiết kế mạch chống trộm

Do điều kiện, kiến thức và thời gian còn hạn chế nên trong đề tài này, chúng em chỉ có thể trình bày một mô hình đơn giản, gọn nhẹ nhưng mang đầy đủ nguyên lý hoạt động của một mạch chốn

Lời nói đầu 2

Thiết kế mạch chống trộm 3

I, Sơ đồ khối 3

II, Chi tiết từng khối 4

1, Khối nguồn 4

2, Khối thu phát hồng ngoại 5

3, Khối báo động 6

III, Nguyên lý hoạt động 12

Kết luận 13

I, Ưu, nhược điểm 13

II, Hướng phát triển 13

III, Lời kết 13

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 Trong đó,

Smarthome đang là một xu hướng phát triển rât mạnh trong thời gian gần đây Một ngôi nhà thông minh mang tới sự thoải mái tối đa cho người chủ Từ những bóng đèn tự động bật tắt, những cánh cửa tự động mở, …

Với sự hứng thú với lĩnh vực Smarthome, chúng em, những sinh viên lớp Kỹ sư tài năng điều khiển, với vốn hiểu biết về điện, điện tử và đăc biệt là những kiến thức trong môn

“Thiết kế hệ thống số” đã quyết định thực hiện một đề tài gắn liền với lĩnh vực

Smarthome đó là “Mạch chống trộm”

Từ xưa đến nay, vấn đề an ninh luôn là vấn đề bức thiết được con người lưu tâm hàng đầu Từ khi xuất hiện tư hữu, việc bảo vệ tài sản của mình luôn là điều mà ai cũng thực hiện như là bản năng vậy Hiện nay khóa đang là hình thức được sử dụng thông dụng nhất Tuy nhiên những tên trộm hoàn toàn có thể bẻ, phá được khóa, thậm chí là khóa số điện tử Do đó cần phải có những thiết bị báo trộm, vừa để chủ nhà nhận biết được có kẻ trộm đột nhâp, vừa để tên trộm khi biết đã bị phát hiện sẽ hoảng loạn sẽ phải quay đầu bỏ chạy ngay Với những ngôi nhà thông minh hay căn hộ chung cư, thiết bị báo trộm lại càng cần thiết

Do điều kiện, kiến thức và thời gian còn hạn chế nên trong đề tài này, chúng em chỉ có thể trình bày một mô hình đơn giản, gọn nhẹ nhưng mang đầy đủ nguyên lý hoạt động của một mạch chống trộm hoàn chỉnh để từ đó về sau có thể phát triển đầy đủ, hoàn thiện hơn để có thể phục vụ trong thực tế

Thiết kế mạch chống trộm

I, Sơ đồ khối

Khối nguồn: Cung cấp điện áp 5V cho toàn mạch

Khối thu phát hồng ngoại: Phát và thu tín hiệu hồng ngoại, khi có người đi qua sẽ tạo xung đưa tới khối báo động

Khối bao động: Khi có xung từ khối thu phát hồng ngoại sẽ phát ra báo động

II, Chi tiết từng khối

1, Khối nguồn

Nguồn một chiều 12V lấy từ ắc quy sẽ được đưa qua IC 7805 để ổn áp, thu được nguồn một chiều 5V

IC 7805 gồm 3 chân: Chân số 1 nối với điện áp vào, chân số 2 nối với đất, chân số 3 nối với đầu ra

Thông số của IC 7805:

Điện áp vào: 7V-35V

Dòng điện ra tối đa: 1A

Điện áp ra: 4.8V-5.2V

2, Khối thu phát hồng ngoại

Khối này gồm một cặp led thu phát hồng ngoại

Led phát hồng ngoại: Tia hồng ngoại được phát ra từ led là ánh sáng không nhìn thấy, có bước sóng 0,98

Led thu hồng ngoại: Khi nhận được hồng ngoại từ led phát, điện trở của led thu rất nhỏ, khi không nhận được hồng ngoại, điện trở led thu rất lớn

Ta sử dụng tính chất này để nhận biết khi có kẻ trộm đột nhập

Bình thường, led thu vẫn nhận được tín hiệu hồng ngoại nên điện trở của nó rất nhỏ,

Ura xấp xỉ 5V Khi kẻ trộm đột nhập sẽ che khuất tín hiệu hồng ngoại, điện trở của led thu rất lớn, Ura xấp xỉ 0V

Tín hiệu Ura sẽ được đưa tới khối báo động

3, Khối báo động

Khối được thiết kế để khi có trộm sẽ có còi báo với thời gian khoảng 10 giây và đèn led sáng cho tới khi có người nhấn nút tắt Ta sử dụng hai IC là 74LS112 và NE555

a, IC 74LS112

Đây là IC gồm 2 mạch J-K Flip-Flop đồng bộ theo sườn xuống của xung nhịp Do đó, ta

có thể sử dụng nó như S-R Flip-Flop không đồng bộ; T-Flip-Flop hay D-Flip-Flop Mỗi Flip-Flop có đầu vào đặt trước và đầu xóa không đồng bộ tích cực mức thấp

Sơ đồ chân của 74LS112 được mô tả theo hình dưới đây

Chân 8: Nối GND

Chân 16: Nối VCC IC 74LS112 hoạt động ở điện áp 4,5 đến 5,5 V

Flip-Flop thứ nhất:

Chân 1: CLK

Chân 2: K

Chân 3: J

Chân 4: Preset tích cực mức thấp

Chân 15: Clear tích cực mức thấp

Chân 5: Ngõ ra Q

Chân 6: Ngõ ra Q đảo

Flip-Flop thứ hai:

Chân 13: CLK Chân 12: K Chân 11: J Chân 10: Preset tích cực mức thấp Chân 14: Clear tích cực mức thấp Chân 9: Ngõ ra Q

Chân 7: Ngõ ra Q đảo

Bảng trạng thái của 74LS112:

S-R FF

không

đồng bộ

J-K FF

đồng bộ

theo

sườn

xuống

-Ta sử dụng S-R Flip-Flop không đồng bộ của 74LS112, với S là xung từ khối thu phát vào chân 4; R là xung reset từ nút nhấn vào chân 15 Đầu ra Q chân 5 được nối với một led đỏ

Bình thường, khi tín hiệu ra của khối thu phát là 5V, S=R=1 thì Q=Q-=0, led đỏ không sáng

Khi có trộm đột nhập, tín hiệu ra của khối thu phát là 0V; S=0;R=1 thì Q=1, led đỏ sáng Sau đó, kẻ trộm ra khỏi khu vực thu phát hồng ngoại, S=R=1; thì Q=Q-=1, led đỏ tiếp tục sáng

Đến khi chủ nhà nhấn nút reset, S=1; R=0 thì Q=0, led đỏ tắt

b, IC NE555

Cấu tạo của IC NE555 gồm 2 khối Opamp so sánh điện áp, S-R flip-flop, BJT và điện trở

để chia áp

Sơ đồ cấu tạo của IC 555 được mô tả như trong hình dưới đây:

Chân 1 (GND): Nối xuống đất

Chân 2 (Trigger): Chân so áp với mức chuẩn là 1/3 mức nguồn nuôi

Chân 3 (Output): Chân ngõ ra, tín hiệu ở dạng xung

Chân 4 (Reset): Chân reset

Chân 5 (Control Voltage): Chân làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC

Chân 6 (Threshold): Chân so áp với mức chuẩn là 2/3 mức nguồn nuôi

Chân 7 (Discharge): Chân có khóa điện đóng mass, thường dùng cho tụ xả điện

Chân 8 (VCC): Nối lên nguồn dương IC 555 hoạt động ở điện áp từ 3 đến 15 V

* Tạo đơn xung (One shot) dùng IC 555

Ta đưa vào chân số 2 (bộ so sánh C2) một xung kích đột biến âm Khi chân 2 xuống mức

thấp thì T sẽ bị khóa và C nạp qua R Khi C nạp đến 2

3U CC thì đầu ra Q  nên tụ C 1 phóng điện ngắn mạch qua T, điện áp trên C giảm ngay đến 0, các dạng xung như hình

vẽ

Tụ C khi phóng qua T được giả thiết là phóng hết, nên điện áp ban đầu của quá trình nạp

là U  Điện áp nguồn o 0 U là 5V Điện áp so sánh CC U ref của bộ so sánh C1 là 2

3U CC Hằng số thời gian nạp nRC Hằng số thời gian phóng được giả thiết bằng 0 Do đó

biểu thức áp trên tụ C cuối quá trình nạp là 1 /

3

n

t RC

e

Trong thời gian nạp điện của tụ C, trạng thái của FF là R 0,S  1, kết thức quá trình nạp thì R = 1, S = 0 vì vậy thời gian nạp điện của tụ C cũng chính là thời gian tồn tạo xung ra

T Từ biểu thức trên ta có độ rộng xung là Tt nRC.ln 3 1,1RC

Ta sử dụng mạch tạo đơn xung với NE 555 với đầu vào chân 2 là tín hiệu ra từ khối thu phát, đẩu ra chân 3 được nối với còi báo

Khi có kẻ trộm đột nhập, xung ra khối thu phát sẽ xuống mức thấp tạo xung kích đột biến

âm Tại chân 3 sẽ có xung đơn có độ rộng = 3 ≈ 11 s

Do đó, còi báo sẽ kêu lên trong vòng 11 giây rồi tắt

III, Nguyên lý hoạt động

Khi kẻ trộm đột nhập, led thu sẽ không nhận được hồng ngoại từ led phát, điện trở tăng mạnh tạo xung kích âm tới chân 2 của IC 555 và chân 4 của IC 74LS112 Khi đó còi báo

sẽ kêu lên trong vòng hơn 10 giây đồng thời led đỏ sáng để báo động Led đỏ chỉ tắt khi chủ nhà nhấn nút tắt

Kết luận

I, Ưu, nhược điểm

Ưu điểm:

-Mạch đơn giản, gọn nhẹ , dễ chế tạo và sử dụng

- Mạch thích hợp đặt ở cửa ra vào, cửa két sắt, …

Nhược điểm:

- Mạch làm với mục đích mô hình nên còn đơn giản

- Mạch sử dụng linh kiện giá rẻ nên chưa đảm bảo về độ bền

II, Hướng phát triển

- Ta có thể sử dụng chuông điện, đèn và dùng relay điều khiển thay cho còi báo và led để

có thể báo động tốt hơn

- Có thể sử dụng vi xử lý, vi điều khiển để tích hợp nhiều chức năng và đơn giản hơn

- Trong thực tế, khi kết hợp với nhà thông minh, ta có thể sử dụng wifi gửi báo động tới điện thoại di động của chủ nhà, đồng thời có camera ghi hình gửi tới trung tâm an ninh Đây là một hướng phát triển trong xu thế IoT (Internet of Things)

III, Lời kết

Sau một thời gian nghiên cứu và chế tạo chúng em hoàn thành đề tài “Mạch chống trộm” Mạch đã hoạt động đúng yêu cầu Chúng em cũng đã thu được nhiều kiến thức bổ ích về

lý thuyết và thực hành, biết ứng dụng những tri thức được học trong trường đại học vào thực tế, đồng thời có thêm nhiều kinh nghiệm trong làm việc nhóm

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Công Cường cùng các bạn đã giúp đỡ nhóm chúng em thực hiện đề tài này!