Báo cáo bài tập dài môn điện tử ứng dụng

Báo cáo bài tập dài môn điện tử ứng dụng

Trường đại học Bách Khoa – Đại học quốc gia TP HCM

Khoa Điện-Điện Tử-Bộ Môn Điện Tử

- -BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI

MÔN: ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

ĐỀ TÀI 23 GVHD: Thầy Lưu Phú

SVTH : Nhóm 20

BK

TP HCM

Phần 1: Cảm biến (D203B)

1 Giới thiệu về cảm biến hồng ngoại thụ động (PIR)

- PIR sensor là bộ cảm biến thụ động dùng nguồn kích thích là tia hồng ngoại Tia hồng ngoại (IR) chính là các tia nhiệt phát ra từ các vật thể nóng Trong các cơ thể sống, trong chúng ta luôn có thân nhiệt (thông thường là ở 37 độ C), và từ cơ thể chúng ta sẽ luôn phát ra các tia nhiệt, hay còn gọi là các tia hồng ngoại, người ta sẽ dùng một tế bào điện

để chuyển đổi tia nhiệt ra dạng tín hiệu điện và nhờ đó mà có thể làm ra cảm biến phát hiện các vật thể nóng đang chuyển động Cảm biến này gọi là thụ động vì nó không dùng nguồn nhiệt tự phát (làm nguồn tích cực, hay chủ động) mà chỉ phụ thuộc vào các nguồn tha nhiệt, đó là thân nhiệt của các thực thể khác, như con người con vật

-Cấu trúc cảm biến PIR

a) Cảm biến PIR D203B b) Thấu kính Fresnel (tăng độ nhạy)

2 Nguyên lý làm việc:

Các nguồn nhiệt (với người và con vật là nguồn thân nhiệt) đều phát ra tia hồng ngoại, qua kính Fresnel, qua kích lọc lấy tia hồng ngoại, nó được cho tiêu tụ trên 2 cảm biến hồng ngoại gắn trong đầu dò, và tạo ra điện áp được khuếch đại với FET Khi có một nguồn nhiệt đi ngang qua, từ 2 cảm biến này sẽ cho xuất hiện 2 tín hiệu làm cho FET hoạt động và xuất ra xung Để tăng khoảng cách dò tín hiệu, ta sẽ dùng mạch khuếch đại để có biên độ đủ cao và đưa vào mạch

so áp để tác động vào một thiết bị điều khiển….

Dựa vào sơ đồ khuếch đại trong Datasheet của DB203 ta có sơ đồ:

Vì tín hiệu ra của cảm biến PIR có tần số thấp Nên ta có mạch khuếch đại và kết hợp với bộ lọc thông dải để lọc nhiễu không cần thiết Tần số cắt: flow1=1/(2πRR4C4)=1.6 Hz; fhigh1=1/(2πRR3C3)=16

Hz Độ lợi: Gain1=1+R3/R4=101

b) Khối khuếch đại 2

Tương tự như phần a, mạch có chức năng khuếch đại và lọc nhiễu: Tần số cắt:

flow1=1/(2πRR5C5)=1.6 Hz ; fhigh1=1/(2πRR8C8)=16 Hz ; Độ lợi: Gain1=R8/R5=100

c) Khối so sánh :

Sau khi khuếch đại tín hiệu, tín hiệu sẽ sánh với ngưỡng và xuất ra mức logic để đưa vào MCU

để xử lý.

Phần2: Điều khiển đóng mở cửa tự động

1 Giới thiệu vi điều khiển AT89C51

8051 là vi điều khiển đầu tiên của họ vi điều khiển MCS51 được Intel sản xuất vào năm 1980 HọMCS51 là họ 8-bit có khả năng định địa chỉ 64KB bộ nhớ chương trình và 64KB bộ nhớ dữ liệu.Một số chip 8051 thông dụng:

2 Kiến trúc phần cứng:

3 Cấu hình chân:

-VCC: Điện áp cung cấp.

-GND: Được nối đất

-RST : ngõ vào RESET, chân RESET ở mức cao trong 2 chu kỳ máy khi bộ dao động đang chạy

sẽ RESET chip

-PSEN (Program Store ENable): được nối với chân OE của chip dữ liệu bên ngoài,

-ALE : (ALE : Adress Latch Enable) là tín hiệu điều khiển xuất ra của 8051, nó cho phép phân kênh giữa bus địa chỉ và bus dữ liệu trên PORT0

-EA : (External Access): chọn bộ nhớ giao tiếp EA=1: chọn bộ nhớ nội, EA=0: chọn bộ nhớ ngoại

Cấu hình chọn bộ nhớ ngoài:

-PORT 0:

Port 0 là một cổng 8 bit I/O 2 chiều, Khi mức logic 1 được viết vào các PIN của PORT 0, Pin đó

có thể được sử dụng là cổng vào trở kháng cao

Port 0 cũng có thể được cấu hình thành bus ghép kênh 8 bit địa chỉ/dữ liệu thấp trong quá trình truy nhập bộ nhớ ngoài, ở chế độ này các PIN của PORT 0 sẽ được kéo lên bên trong

Ngoài ra PORT 0 cũng được sử dụng để nạp dữ liệu cho chip

-PORT 2 :

Port 2 là cổng I/O 2 chiều có trở treo bên trong Khi mức logic 1 được viết vào PIN của PORT 2, PIN đó được kéo lên bởi 1 trở treo bên trong, và có thể được sử dụng là cổng vào

Port 2 cũng có thể được cấu hình thành bus ghép kênh 8 bit địa chỉ cao trong quá trình truy nhập

bộ nhớ ngoài với 16 bit địa chỉ

-PORT 3 :

Port 3 là cổng I/O 2 chiều có trở treo bên trong Khi mức logic 1 được viết vào PIN của PORT 3, PIN đó được kéo lên bởi 1 trở treo bên trong, và có thể được sử dụng là cổng vào

Ngoài ra các Pin của PORT 3 cũng có thêm các chức năng đặc biệt khác:

Khi động cơ quay khối Encoder sẽ xuất ra 2 tín hiệu dạng xung A và B cùng tần số, lệch pha 90

độ (do sự bố trị lệch nhau của 2 cặp thu phát hồng ngoại) Với 2 tín hiệu A, B này mình sẽ xác định được tốc độ và chiều quay của động cơ tại 1 thời điểm

-Nguyên lý đo tốc độ động cơ:

Khi tia hồng ngoại từ Led phát đi qua 1 rãnh trên đĩa Encoder đến Led thu thì trên kênh A (B) sẽ tạo ra 1 xung vuông, như vậy khi đĩa quay quay được 1 vòng thì trên kênh A (B)sẽ có N xung Gọi tốc độ động cơ là V(vòng/s), số xung Encoder đếm được trong 1s là n, ta có công thức tính tốc độ động cơ:

V=n/N (vòng/s)

- Cách xác định chiều quay của động cơ :

Như trên đã nói, khối Encoder xuất ra 2 xung A,B lệch pha 90 độ, từ đặc điểm này, khi động cơ đang ở 1 vị trí bất kỳ mình sẽ xác định được chiều quay của động cơ:

của Encoder.

II IC L298.

IC L298 là một IC tích hợp nguyên khối gồm 2 mạch cầu H bên trong Với điện áp làm tăng côngsuất đầu ra từ 5V – 47V , dòng lên đến 4A, L298 rất thích hợp trong những ứng dụng công suất nhỏ như động cơ DC loại vừa …

Mình tóm tắt qua chức năng các chân của L298:

- 4 chân INPUT: IN1, IN2, IN3, IN4 được nối lần lượt với các chân 5, 7, 10, 12 của L298 Đây là các chân nhận tín hiệu điều khiển

- 4 chân OUTPUT: OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 (tương ứng với các chân INPUT) được nối với các chân 2, 3, 13, 14 của L298 Các chân này sẽ được nối với động cơ

- Hai chân ENA và ENB dung để điều khiển các mạch cầu H trong L298 Nếu ở mức logic “1” (nối với nguồn 5V) thì cho phép mạch cầu H hoạt động, nếu ở mức logic “0” thì mạch cầu H không hoạt động

Với bài toán của em ở trên, các bạn chỉ cần lưu ý đến cách điều khiển chiều quay với L298:-Khi ENA = 0: Động cơ không quay với mọi đầu vào

-Khi ENA = 1:

INT1 = 1; INT2 = 0: động cơ quay thuân

INT1 = 0; INT2 = 1: động cơ quay nghịch

INT1 = INT2: động cơ dừng ngay tức thì

(tương tự với các chân ENB, INT3, INT4)

Trong bài toán này em sử dụng module L298 V1 để điều khiển chiều quay của động cơ DC

Sơ đồ nguyên lý:

III.Sơ đồ giải thuật.

S

Cảm biếnngười

Mở cửa

Cảm biếnngườiPWM

Dem<=ptram_xung

Điều khiểnđộng cơDem++

TF1=1

Phần 3 Thiết kế mạch nguồn ổn áp xung

Input: 220VAC

Output1: 5VDC/0.5A: cấp cho cảm biến hồng ngoại, opam, mạch điều khiển.Output2: 24V/3A: cấp cho động IC L298 điều khiển động cơ

Bài toán thiết kế

Dùng biến áp đưa 220V/50Hz về 2 nguồn 5VAC+/-20% và nguồn 12VAC+-/20%

Ptram_xung=ptram_xung-20

SV++

Pout=5*0.5=2.5W

Ta chọn mạch flyback sử dụng IC MAX641

Giới thiệu về ICMAX641/642/643

(Xem them datasheet MAX641-MAX643_sử dụng với công suất ngõ ra từ 0.5mW-10W)

Sớ đồ mạch

 Chọn diode công suất Khi diode D3 tắt BVR=5V

Ta chọn D3 là diode 1N5817

Công suất ghép vào cuộn sơ cấp, bỏ qua mát mát trên Q1 ( điện trở Ron)

Pt=Pout+VF*Iout=2.5+0.45*0.5=2.725W

Chọn tần số giao hoán của Q1 là fo=50KHz, chu kỳ nhiệm vụ ton=50%

Với fo=50KHz và Vin1(min)=4.24V Điện cảm cuộn sơ cấp

Tương tự ta tính được: Rthucap=3*0.121*0.005054=0.00183ohm

Với òng đỉnh Ipk*1.2=4.281*1.2=5.1372A, công suất mất mát trung bình

(5.13722*0.00183)/3=16.1mW#0.6% công suất áp trên cuộn sơ cấp

 Chọn C5=470uF@50V, C7=330p(lọc nhiễu, đáp ứng nhanh)

Ngõ ra được điều chỉnh bởi R1 và R2 với R2=10K-10M và thường là hàng trăm KOhm

2.1 Thiết kế cuộn dây, chọn diode công suất D1, Mosfet công suất Q1 trong nguồn boost

Chọn tần số giao hoán của Q1 là fo=50KHz, ton=50%

2.2 Ghép với IC UC3844

Tần số dao động phụ thuộc vào RT và CT

Với thời gian chết là 50%

Dựa vào hình b ta chọn CT=10nF và fosc=50KHz

Dựa vào hình a ta chọn RT=3.5k

 Bộ khuếch đại sai lệch

Đảm bảo không có xung suất hiện ngõ ra (6) khi chân 1

ở mức thấp thông qua điện trở hồi tiếp Rf Điều này

xảy ra khi nguồn hoạt động không tải hoặc bắt đầu

Tài Liệu Tham Khảo.

0/ Giáo Trình Điện Tử Ứng Dụng_Lưu Phú

1/http://mcu.banlinhkien.vn

NewsId=109