Mạch cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở (LDR)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ****** BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Đề tài 10: Mạch cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở (LDR) Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Vũ Thắng Sinh Viên Thực Hành: Nguyễn Thanh Tùng – MSSV: 20136765 Phạm Thị Thu Hiền – MSSV: 20135523 Bùi Thị Hạnh – MSSV: 20135471 Lê Minh Chánh – MSSV:20155150 Phạm Quốc Bảo – MSSV:20121268 Mục lục Mục lục 2 I ĐẶT VẤN ĐỀ I.1 Lý chọn sản phầm: - Điện nguồn lượng quan trọng sống đại, mà - điện cần phải sử dụng đời sống cách thích hợp Mạch cảm biến ánh sáng đời giúp tiết kiệm nhiều điện công sức điều khiển hệ thống chiếu sáng I.2 Ứng dụng: Mạch cảm biến sử dụng rộng rãi nhiều thiết bị chiếu sáng quen thuộc đèn đường, đèn công viên, đèn cầu thang, I.3 Sản phẩm ứng dụng thị trường: Trên thị trường có nhiều sản phẩm ứng dụng mạch cảm biến ánh sáng phục vụ cho mục địch chiếu sáng số mục đích khác Dưới số ví dụ: Đèn Đường LED Cảm Biến Quang 30W: Tính năng: - Tự động tắt bật dựa điều kiện ánh sáng môi trường - Tiêu chuẩn chống nước IP65 - Tản nhiệt tối ưu - Tuổi thọ 50,000 - Chống sét tải Thiết Bị Cảm Biến Quang Điện AS2403A: Tính năng: - Cảm biến ánh sáng ON/ OFF theo điều kiện môi trường - Tuổi thọ độ bền cao - Nhiệt độ làm việc: -10oC đến 40oC - Ứng dụng: biển quảng cáo, chiếu sáng công cộng… II ĐIỀU TRA SẢN PHẨM: II.1 Tiêu chí chức - Đèn LED phải tự động bật/tắt tùy theo cường độ ánh sáng chiếu vào quang trở - Mạch đơn giản, dễ tùy biến có độ nhạy cao - Hoạt động ổn định sử dụng nguồn chiều 4-6 V - Tín hiệu đầu vào: Tín hiệu ánh sáng chiếu vào quang trở - Tín hiệu đầu ra: ánh sáng đèn LED II.2 Tiêu chí phi chức năng: - Kích thước nhỏ gọn tiện lợi: Nhỏ nhiều so với sản phẩm thị trường - Tuổi thọ cao - Giá thành rẻ III KẾ HOẠCH THỰC HIỆN SẢN PHẨM III.1 Sơ đồ khối Khối nguồn Dòng điện Khối cảm biến tín hiệu điện Khối hiển thị Tác động Tác nhân Tác nhân: ánh sáng tự nhiên (ánh sang mặt trời) ánh sáng nhân tạo (bóng đèn) Khối cảm biến: có chức biến tín hiệu ánh sang thành tín hiệu điện, ta dùng quang trở Khi ánh sang chiếu vào điện trở quang trở giảm đáng kể so với không chiếu sáng Khối nguồn: có nhiệm vụ cung cấp nguồn điện cho mạch, ta dùng nguồn 6V Khối hiển thị: hiển thị ánh sáng ( đèn led) 3.2 Linh kiện sử dụng Điện trở Hiểu cách đơn giản - Điện trở cản trở dòng điện vật dẫn điện, vật dẫn điện tốt điện trở nhỏ, vật dẫn điện điện trở lớn, vật cách điện điện trở vô lớn Giá trị điện trở tính theo đơn vị Ohm (Ω), kΩ, MΩ, GΩ Điện trở dây dẫn phụ thuộc vào chất liệu, độ dài tiết diện dây, tính theo công thức sau: R = ρ.L / S Trong : ρ điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệu L chiều dài dây dẫn S tiết diện dây dẫn R điện trở đơn vị Ohm Cách ghi đọc tham số điện trở Điện trở thường ký hiệu vòng mầu , điện trở xác ký hiệu vòng mầu Cách đọc điện trở vòng mầu - Vòng số vòng cuối luôn có mầu nhũ vàng hay nhũ bạc, vòng sai số điện trở, đọc trị số ta bỏ qua vòng - Đối diện với vòng cuối vòng số 1, đến vòng số 2, số - Vòng số vòng số hàng chục hàng đơn vị - Vòng số bội số số 10 - Trị số = (vòng 1)(vòng 2) x 10 ( mũ vòng 3) - Có thể tính vòng số số số không "0" thêm vào - Mầu nhũ có vòng sai số vòng số 3, vòng số nhũ số mũ số 10 số âm Cách đọc trị số điện trở vòng mầu : - Vòng số vòng cuối , vòng ghi sai số, trở vòng mầu mầu sai số có nhiều mầu, gây khó khăn cho ta xác điịnh đâu vòng cuối cùng, nhiên vòng cuối có khoảng cách xa chút - Đối diện vòng cuối vòng số - Tương tự cách đọc trị số trở vòng mầu vòng số bội số số 10, vòng số 1, số 2, số hàng trăm, hàng chục hàng đơn vị - Trị số = (vòng 1)(vòng 2)(vòng 3) x 10 ( mũ vòng 4) - Có thể tính vòng số số số không "0" thêm vào Transistor Transistor hay tranzito loại linh kiện bán dẫn chủ động, thường sử dụng phần tử khuếch đại khóa điện tử Cấu tạo Transitor Transitor hay gọi bóng dẫn gồm ba lớp bán dẫn ghép với hình thành hai mối tiếp giáp P-N , ghép theo thứ tự PNP ta Transistor thuận , ghép theo thứ tự NPN ta Transistor ngược phương diện cấu tạo Transistor tương đương với hai Diode đấu ngược chiều Cấu trúc gọi Bipolar Junction Transitor (BJT) dòng điện chạy cấu trúc bao gồm hai loại điện tích âm dương (Bipolar nghĩa hai cực tính) Diode - LED Điốt bán dẫn hay Điốt loại linh kiện bán dẫn cho phép dòng điện qua theo chiều mà không theo chiều ngược lại LED (viết tắt Light Emitting Diode, có nghĩa điốt phát quang) điốt có khả phát ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống điốt, LED cấu tạo từ khối bán dẫn loại p ghép với khối bán dẫn loại n Ký hiệu: Để có ánh sáng liên tục, người ta phân cực thuận LED Tùy theo vật liệu cấu tạo, điện thềm LED thay đổi từ đến 2.5V dòng điện qua LED tối đa khoảng vài mA Quang trở (LDR) LDR ( quang điện trở) loại cảm biến ánh sáng đơn giản, nguyên tắc hoạt động dựa vào tượng quang điện 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 dĩ nhiên tùy thuộc vào vật liệu dùng chế tạo Khi ánh sáng kích thích chiếu vào LDR nội trở LDR giảm xuống , tiến ôm( mạch kín) Nhưng ánh sáng kích thích ngừng nội trở tăng đến vô cùng( hở mạch) Ký hiệu: 3.3 Sơ đồ nguyên lý: LINH KIỆN ĐƯỢC SỬ DỤNG: • Điện trở: Sử dụng điện trở: R1= kΩ, R2= 470Ω, R3= 4.7kΩ, R4=330Ω • Transistor: Sử dụng transistor BC547 • Đèn LED 10 • Quang trở (LDR) • Nguồn: sử dụng viên pin 6V (hoặc viên pin 1.5 V mắc nối tiếp) NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: Khi bạn chặn ánh sáng chiếu vào LDR, transistor Q1 đóng transistor Q2 thông, LED D1 nối đất: LED D1 sáng 3.4 Mô mạch Proteus: Tiến hành mô Proteus (sử dụng đèn LED màu xanh): Chạy thử: Ban đầu cho giá trị ánh sáng chiếu vào quang trở 6.0 Đèn LED không sáng Giảm dần giá trị ánh sáng xuống đến 5.4 thấy đèn sáng: 11 Vậy mạch mô hoạt động theo yêu cầu đề Có thể tiến hành lắp mạch sản phẩm Layout: IV THỰC HIỆN SẢN PHẨM 12 Sau mua linh kiện lắp ráp theo sơ đồ nguyên lý đề sản phẩm hoàn thiện: Kết chạy thử: Sau chạy thử 10 lần, mạch chạy theo yêu cầu đề ra: Đèn LED tắt có ánh sáng bật ánh sáng chiếu vào quang trở Nhận xét: Mạch thiết kế đúng, sản phẩm hoạt động tốt V KẾT LUẬN: Sau khoảng thời gian vài tuần nghiên cứu thực sản phẩm với chi phí rẻ công sức tất thành viên nhóm chúng em thiết kế thành công sản phẩm Mạch Đèn Cảm Biến Ánh Sáng với tính ứng dụng thực tế cao Sau nhiều lần thử nghiệm cho thấy sản phẩm hoạt động tốt Sau hoàn thành chúng em thu nhiều kinh nghiệm bổ ích để tạo sản phẩm điện tử đơn giản từ khâu thiết thực hoàn thiện Cuối em xin cảm ơn thầy Nguyễn Vũ Thắng giúp đỡ chúng em trình thực hiện! HẾT! 13 ... mà - điện cần phải sử dụng đời sống cách thích hợp Mạch cảm biến ánh sáng đời giúp tiết kiệm nhiều điện công sức điều khiển hệ thống chiếu sáng I.2 Ứng dụng: Mạch cảm biến sử dụng rộng rãi nhiều... tối đa khoảng vài mA Quang trở (LDR) LDR ( quang điện trở) loại cảm biến ánh sáng đơn giản, nguyên tắc hoạt động dựa vào tượng quang điện Nguyên lý làm việc quang điện trở ánh sáng chiếu vào chất... cường độ ánh sáng chiếu vào quang trở - Mạch đơn giản, dễ tùy biến có độ nhạy cao - Hoạt động ổn định sử dụng nguồn chiều 4-6 V - Tín hiệu đầu vào: Tín hiệu ánh sáng chiếu vào quang trở - Tín