thiết kế mạch cảm biến ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN *** BÁO CÁO ĐỒ ÁN ĐỀ TÀI: Thiết kế mạch điện tự động bật ,tắt đèn sử dụng quang trở Nhóm sinh viên thực hiện: Phùng Tuấn Anh Nguyễn Đức Thịnh Giảng viên hướng dẫn MSSV: 20130213 MSSV: 20133761 : PGS.Nguyễn Quốc Cường HàNội, ngày 31tháng 10 năm 2014 ĐỒ ÁN I Yêu cầu:Trong thực tế nay, việc sử dụng công tắc điều khiển thiết bị trở nên lỗi thời, người ta muốn thiết bị điện họ phải trở nên thông minh Vì thế, thiết bị tự động bật, tắt đèn nhận biết môi trường cần ánh sáng trở nên phổ biến Trước yêu cầu này, chúng em thiết kế mạch điện tử tự động nhận biết cường độ ánh sáng để điều khiển bật, tắt đèn led sử dụng quang trở I II Yêu cầu thiết kế − Tự động nhận biết cường độ ánh sáng đủ nhỏ để bật đèn, đủ lớn để tắt đèn led − Mạch điện thực sử dụng quang trở Cds − Sử dụng IC để khuếch đại, so sánh: LM358 − Mạch có trễ − Hoạt động ổn định − Đơn giản, thiết kế gọn, tiết kiệm chi phí Tính toán thiết kế a) Quang trở Cds: − Chọn quang trở Cds − Chọn nguồn cấp Ucc = +5V − Chọn biến trở 1kΩ để điều chỉnh điện áp Vcds theo độ sáng thực tế cho phù hợp ĐỒ ÁN I b) Khuếch đại không đảo: Dùng để khuếch đại điện áp (nhân với số lớn 1) − Chọn nguồn cấp cho IC LM358 nguồn đơn +5V − Điện áp vào đầu + Vcds, điện áp Vin (điện áp vào mạch so sánh Trigger Schmitt) − Công thức tính toán: Vin = Vcds ( ) − ChọnR4 = R3 = 1k => Vin = 2.Vcds c) Khuếch đại lặp điện áp: Được sử dụng khuếch đại đệm, để giới hạn ảnh hưởng tải hay để phối hợp tổng trở (nối linh kiện có tổng trở nguồn lớn với linh kiện khác có tổng trở vào thấp) Do có hồi tiếp âm sâu, mạch có khuynh hướng không ổn định tải có tính dung cao Điều ngăn ngừa cách nối với tải qua điện trở ĐỒ ÁN I − Chọn nguồn cấp cho IC LM358 nguồn đơn +5V − Chọn đầu vào V+ = +5V − Đầu VREF = 3,5V d) So sánh Trigger Schmitt đảo: Là mạch so sánh điện áp dùng IC khuếch đại thuật toán, so sánh biên độ điện áp đưa vào với điện áp chuẩn (Uch Uref) có cực tính dương hay âm Thông thường điện áp chuẩn xác định trước − Chọn nguồn cấp cho IC LM358 nguồn đơn +5V − Điện áp đầu có trạng thái UOH = 3,5 UOL = 0.(trong thực tế UOL = 0,5) − Cần phải tính toán điện áp đầu vào UI với trạng thái chuyển trạng thái UOH UOL − Công thức tính toán: ĐỒ ÁN I Vin= R156 + ) − Cần tính toán R1, R5, R6 theo Vin, nhiên tính toán ngược lại với phần cứng phù hợp thực tế − Chọn R1 = R2 = R3 = 1kΩ VOH = 5V => VIH = 2,833 V VOH = 0V => VIH =1,167 V e) Led − Chọn Led đầu mạch so sánh, đệm điện trở R = 47Ω đất III Triển khai a) Mô phỏng: thực mô Proteus 8.3 ĐỒ ÁN I Chạy mô phỏng: Vref = 3,51023 V Điểm lật trạng thái thứ nhất: VOH = 3,4707 VIL = 0,8186 ĐỒ ÁN I Điểm lật trạng thái thứ 2: VOL = 0,0102 VIH = 2,45193 Đồ thị mô Oscillocope ĐỒ ÁN I b) Hardware • Nguồn cấp: Dùng nguồn cấp 5V, cắm vào Header mạch • Chiết áp: biến trở điều chỉnh dải điện áp quang trở cho phù hợp • Quang trở − Là điện trở có trị số giảm chiếu sáng mạnh Điện trở tối (khi không chiếu sáng - bóng tối) thường 1MΩ, trị số giảm nhỏ 100Ω chiếu sáng mạnh − Thông số chính: • Điện áp tối đa : 250V • Công suất tối đa : 200mW • Dải điện trở sáng : 10 ~ 20K • Trở kháng tối : 2MΩ • Dải nhiệt độ : -30 ~ +70 °C − Nguyên lý làm việc quang điện trở ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn (có thể Cadmium sulfide – CdS, Cadmium selenide – CdSe) làm phát sinh điện tử tự do, tức dẫn điện tăng lên làm giảm điện trở chất bán dẫn Các đặc tính điện độ nhạy quang điện trở tùy thuộc vào vật liệu dùng chế tạo ĐỒ ÁN I − Về phương diện lượng, ta nói ánh sáng cung cấp lượng E=h.f để điện tử nhảy từ dãi hóa trị lên dãi dẫn điện Như lượng cần thiết h.f phải lớn lượng dải cấm.Quang điện trở dùng phổ biến mạch điều khiển •IC LM 358: LM358 ic khuếch đại thuật toán (OPAM) tích hợp kệnh riêng biệt − Thông số • Dải nguồn 3-32V với nguồn đơn, 1.5-16V với nguồn đôi • Độ lợi khuếch đại DC 100dB • Dải tần hoạt động 1MHz • Điện áp ngõ từ 0V đến Vcc(+)-1.5V − Ở mạch ta cấp nguồn đơn +5V cho IC ĐỒ ÁN I • Vẽ mạch Altium: IV Kết thực nghiệm a) Board test ĐỒ ÁN I VOH = 3,25 V VOL = 0,48 V VREF = 3,49 V VIH khoảng 2,3V VIL khoảng 1,2V => kết trễ không lớn b) Mạch thực VOH = 3,14 V VOL = 0,6 V ĐỒ ÁN I VREF = 3,47 V VIH khoảng 3,7V VIL khoảng 2,7V => kết trễ lớn V Tài liệu tham khảo - Giáo trình điện tử tương tự (Nguyễn Trinh Đường – Lê Hải Sâm – Lương Ngọc Hải – Nguyễn Quốc Cường – nhà xuất giáo dục Việt Nam) - Datasheet IC LM358 web: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm158-n.pdf - Các trang web làm học vẽ mạch, làm mạch in [...]... => kết quả trễ không quá lớn b) Mạch thực VOH = 3,14 V VOL = 0,6 V ĐỒ ÁN I VREF = 3,47 V VIH khoảng 3,7V VIL khoảng 2,7V => kết quả trễ lớn V Tài liệu tham khảo - Giáo trình điện tử tương tự (Nguyễn Trinh Đường – Lê Hải Sâm – Lương Ngọc Hải – Nguyễn Quốc Cường – nhà xuất bản giáo dục Việt Nam) - Datasheet của IC LM358 tại web: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm158-n.pdf - Các trang web làm học vẽ mạch, ... – Lê Hải Sâm – Lương Ngọc Hải – Nguyễn Quốc Cường – nhà xuất bản giáo dục Việt Nam) - Datasheet của IC LM358 tại web: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm158-n.pdf - Các trang web làm học vẽ mạch, làm mạch in