thiết kế mạch cảm biến ánh sáng

Yêu cầu:Trong thực tế hiện nay, việc sử dụng công tắc điều khiển thiết bị trở nên lỗi thời, người ta muốn thiết bị điện của họ phải trở nên thông minh hơn.. Vì thế, thiết bị tự động bật,

* * *

BÁO CÁO ĐỒ ÁN 1

ĐỀ TÀI: Thiết kế mạch điện tự động bật ,tắt đèn sử dụng quang trở.

Nhóm sinh viên thực hiện: Phùng Tuấn Anh MSSV: 20130213

Nguyễn Đức Thịnh MSSV: 20133761

Giảng viên hướng dẫn : PGS.Nguyễn Quốc Cường

HàNội, ngày 31tháng 10 năm 2014

Yêu cầu:Trong thực tế hiện nay, việc sử dụng công tắc điều khiển thiết bị trở nên

lỗi thời, người ta muốn thiết bị điện của họ phải trở nên thông minh hơn Vì thế, thiết bị tự động bật, tắt đèn khi nhận biết môi trường cần ánh sáng trở nên phổ biến hơn.

Trước yêu cầu này, chúng em thiết kế ra mạch điện tử tự động nhận biết cường độ

ánh sáng để điều khiển bật, tắt đèn led sử dụng quang trở.

I 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 hiện 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.

II 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 trong thực tế cho phù hợp

b)Khuếch đại không đảo: Dùng để khuếch đại một điện áp (nhân với một hằng số lớn hơn 1).

− Chọn nguồn cấp cho IC LM358 là nguồn đơn +5V

− Điện áp vào đầu + là Vcds, điện áp ra là Vin (điện áp vào mạch so sánh

Trigger Schmitt)

− Công thức tính toán:

Vin = V cds ( )

− ChọnR4 = R3 = 1k => Vin = 2.Vcds

c) Khuếch đại lặp điện áp: Được sử dụng như một bộ khuếch đại đệm, để giới hạn những ảnh hưởng của tải hay để phối hợp tổng trở (nối giữa một linh kiện có tổng trở nguồn lớn với một linh kiện khác có tổng trở vào thấp) Do có hồi tiếp

âm sâu, mạch này có khuynh hướng không ổn định khi tải có tính dung cao Điều này có thể ngăn ngừa bằng cách nối với tải qua 1 điện trở.

− Chọn nguồn cấp cho IC LM358 là nguồn đơn +5V.

− Chọn đầu vào V + = +5V

− Đầu ra V REF = 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 một điện áp chuẩn (Uch hoặc Uref) có cực tính có thể dương hay âm Thông thường điện áp chuẩn đã được xác định trước.

− Chọn nguồn cấp cho IC LM358 là nguồn đơn +5V.

− Điện áp đầu ra có 2 trạng thái U OH = 3,5 và U OL = 0.(trong thực tế U OL = 0,5)

− Cần phải tính toán điện áp đầu vào U I với 2 trạng thái chuyển trạng thái U OH

và U OL

− Công thức tính toán:

V in= R 156 + )

− Cần tính toán R1, R5, R6 theo Vin, tuy nhiên ở đây tính toán ngược lại với phần cứng phù hợp thực tế.

− Chọn R 1 = R 2 = R 3 = 1kΩ

VOH = 5V => VIH = 2,833 V

VOH = 0V => VIH =1,167 V

e) Led

− Chọn Led ở đầu ra của mạch so sánh, đệm 1 điện trở R 2 = 47Ω về đất.

III Triển khai

a)Mô phỏng: thực hiện mô phỏng trên Proteus 8.3

Chạy mô phỏng:

V ref = 3,51023 V

Điểm lật trạng thái thứ nhất: V OH = 3,4707 và V IL = 0,8186

Điểm lật trạng thái thứ 2: V OL = 0,0102 và V IH = 2,45193

Đồ thị mô phỏng Oscillocope.

•Chiết áp: là một biến trở điều chỉnh dải điện áp của quang trở cho phù hợp

− Là điện trở có trị số càng giảm khi được chiếu sáng càng mạnh Điện trở tối (khi không được chiếu sáng - ở trong bóng tối) thường trên 1MΩ, trị số này giảm rất nhỏ có thể dưới 100Ω khi được 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 của quang điện trở là khi ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn (có thể là Cadmium sulfide – CdS, Cadmium selenide – CdSe) làm phát sinh các điện tử tự do, tức sự dẫn điện tăng lên và làm giảm điện trở của chất bán dẫn Các đặc tính điện và độ nhạy của quang điện trở tùy thuộc vào vật liệu dùng trong chế tạo.

− Về phương diện năng lượng, ta nói ánh sáng đã cung cấp một năng lượng E=h.f để các điện tử nhảy từ dãi hóa trị lên dãi dẫn điện Như vậy năng lượng cần thiết h.f phải lớn hơn năng lượng của dải cấm.Quang điện trở được dùng rất phổ biến trong các mạch điều khiển.

• IC LM 358: LM358 là ic khuếch đại thuật toán (OPAM) tích hợp 2 kệnh riêng

biệt.

− Thông số chính

• 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 ra từ 0V đến Vcc(+)-1.5V

− Ở mạch này ta cấp nguồn đơn +5V cho IC

•Vẽ mạch bằng Altium:

IV Kết quả thực nghiệm.

a) Board test

V OH = 3,25 V

V OL = 0,48 V

V REF = 3,49 V

V IH khoảng 2,3V

V IL khoảng 1,2V

=> kết quả trễ không quá lớn

b) Mạch thực

V OH = 3,14 V

V OL = 0,6 V

V REF = 3,47 V

V IH khoảng 3,7V

V IL 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, làm mạch in.