TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA SƯ PHẠM KĨ THUẬT BỘ MÔN ĐIỆN TỬ TIN HỌC ---oOo---BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2017-2018 ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH CHỐNG TRỘM DÙNG BỘ THU
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA SƯ PHẠM KĨ THUẬT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ TIN HỌC
-oOo -BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN
NĂM HỌC 2017-2018
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ MẠCH CHỐNG TRỘM DÙNG BỘ THU PHÁT
HỒNG NGOẠI
Giảng viên hướng dẫn: ThS VŨ THỊ NGỌC THÚY
Họ và tên sinh viên : NGUYỄN THỊ ÁNH
ĐỖ THỊ CHANH
NGUYỄN VĂN HIẾU
Trang 2MẠCH CHỐNG TRỘM DÙNG BỘ THU PHÁT HỒNG NGOẠI
I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
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 Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày càng cao hơn Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành, lĩnh vực khác nhau cho đến nhu cầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hàng ngày Một trong những ứng dụng của rất quan trọng của ngành công nghệ điện tử là tự động bằng hồng ngoại Sử dụng hồng ngoại được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp và các lĩnh vực khác trong cuộc sống với những thiết bị rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tế thật cao Xuất phát từ những ứng dụng đó, chúng em đã thiết kế và thi công một mạch ứng dụng nhỏ trong thu phát hồng ngoại :
“mạch chống trộm dùng bộ thu phát hồng ngoại”
Mục đích nghiên cứu đề tài là:
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về bộ thu phát hồng ngoại và IC LM358
- Nghiên cứu, thực hành các thao tác thực hành kĩ thuật điện tử cơ bản (lắp ráp test mạch, mô phỏng,thiết kế và chế tạo mạch in )
- Chế tạo hoàn thiện mạch chống trộm sử dụng bộ thu phát hồng ngoại
- Ứng dụng vào môn thiết kế mạch điện tử vào thực tế
I NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu về IC LM358, IC 555, và mạch cảm biến bằng thu phát hồng ngoại
- Nguyên tắc hoạt động chung của mạch
V- :Điện áp đầu vào âm, điều chỉnh bằng triết áp
V + :Điện áp đầu vào dương
Vout :điện áp đầu ra
Khi: V- > V+ => Vout = 0
V - < V+ => Vout = 1 => kích hoạt IC555 đưa ra xung ra trên chân 3
2.1 Nghiên cứu tổng quan về IC LM358
Sơ đồ chân, cấu tạo và thông số IC LM358
* Sơ đồ chân, cấu tạo
Trang 3Chân 1: output OA1
Chân 2: đầu vào âm OA1
Chân 3:đầu dương OA1
Chân 4:đi đất
Chân 5: đầu dương OA2
Chân 6: đầu vào âm OA2
Chân 7: đầu ra OA2
Chân 8: dương nguồn
IC LM358 : là bộ khuếch đại thuật toán kép công suất thấp, bộ khuếch đại này có ưu
điểm hơn so với bộ khuếch đại thuật toán chuẩn trong các ứng dụng dùng nguồn đơn
*Thông số IC LM358
- Sử dụng nguồn đơn từ 3-32V
- Có thể dử dụng nguồn đôi từ 2-15V
- Độ lợi khuếch đại trong dải K=0 tơi 100db
- Điện áp ngõ ra trong dải từ 0 tới 1,5
IC LM358 có thể hoạt động ở nguồn điện áp thấp 3V hoặc cao lên tới 32V LM358
có công suất cực máng thấp, tuy nhiên có độ lợi cao 100dB Cấu tạo bên trong của
IC LM358 gồm 2 bộ khuếch đại thuật toán, tương thích với nhiều loại mạch
logic khác nhau.
* Các tính năng của khuếch đại thuật toán:
Bảo vệ quá áp lối ra.
Tầng khuếch đại vi sai lối vào
Dòng cung cấp lối vào thấp
Dải tín hiệu cùng pha mở rộng tới nguồn âm
2.1 nghiên cứu tổng quan về IC 555
a.sơ đồ chân
Trang 4+ Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi là chân
chung
+ Chân số 2(TRIGGER): Đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được
dùng như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp.Mạch so sánh ở đây dùng các transitor PNP với mức điện áp chuẩn là 2/3Vcc
+ Chân số 3(OUTPUT): Chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic Trạng thái
của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1 1 ở đây là mức cao nó tương ứng với gần bằng Vcc nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đương với 0V nhưng mà trong thực
tế mức 0 này ko được 0V mà nó trong khoảng từ (0.35 ->0.75V)
+ Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái ra Khi chân số 4 nối masse thì
ngõ ra ở mức thấp Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo mức áp trên chân 2 và 6.Nhưng mà trong mạch để tạo được dao động thường hay nối chân này lên VCC
+ Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC
555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối GND Chân này
có thể không nối cũng được nhưng mà để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số
5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn được ổn định
+ Chân số 6(THRESHOLD) : là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp khác
và cũng được dùng như 1 chân chốt
+ Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịu điều
khiển bỡi tầng logic của chân 3 Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại.ngược lại thì nó mở ra Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động
+ Chân số 8 (Vcc): là chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động Không có chân
này coi như IC chết Nó được cấp điện áp từ 2V >18V (Tùy từng loại 555 thấp nhất
là con NE7555)
b cấu tạo bên trong
Trang 5Nhìn trên sơ đồ cấu tạo trên ta thấy cấu trúc của 555 gồm : 2 con OPAM, 3 con điện trở, 1 transitor, 1 FF ( ở đây là FF RS):
- 2 OP-amp có tác dụng so sánh điện áp
- Transistor để xả điện
- Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành 3 phần Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương của Op-amp 1 và điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm của Op-amp 2 Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 VCC, chân S = [1] và FF được kích Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 VCC, chân R của FF = [1] và FF được reset
c.thông số kỹ thuật và chức năng
* Thông số kỹ thuật
Điện áp đầu vào : 2 - 18V ( Tùy từng loại của 555 : LM555, NE555, NE7555 )
+ Dòng điện cung cấp : 6mA - 15mA
+ Điện áp logic ở mức cao : 0.5 - 15V
+ Điện áp logic ở mức thấp : 0.03 - 0.06V
+ Công suất lớn nhất là : 600mW
* Các chức năng của 555:
+ Là thiết bị tạo xung chính xác
+ Máy phát xung
+ Điều chế được độ rộng xung (PWM)
+ Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng trong thu phát hồng ngoại)
2.2 Sơ lược về hồng ngoại
Tia hồng ngoại là bức xạ điện từ có bước sóng dài hơn ánh sáng khả kiến nhưng ngắn hơn tia bức xạ vi ba Tên “hồng ngoại” có nghĩa là “ngoài mức đỏ”, màu đỏ là màu sắc có bước sóng dài nhất trong ánh sáng thường
Tia hồng ngoại có bước sóng 700nm- 1mm, tần số từ 430THz- 300GHz
Vùng sáng mà mắt người thông thường nhìn thấy, được áp đặt gọi là“ ánh sáng khả kiến”, có bước sóng 0,38-0,70 μm hay tần số 430-790 THz Bức xạ hồng ngoại được m hay tần số 430-790 THz Bức xạ hồng ngoại được định nghĩa có bước sóng từ 0,7μm hay tần số 430-790 THz Bức xạ hồng ngoại được m đến 1mm Một số sinh vật có thể nhìn thấy tia hồng ngoại ở vùng gần kề với ánh sáng thường, cũng như trong một số thí nghiệm thì có
Trang 62.3 Thiết kế bộ mạch chống trộm dùng thu phát hồng ngoại
sơ đồ khối
Khối cảm biến:gồm led phát và led thu
Nhiệm vụ phát và thu tín hiệu
Khối so sánh: từ tín hiệu đầu vào thu được ic lm358 so sánh trạng thái và lật trạng thái Khối tạo trễ: sử dụng ic 555 có tác dụng tạo trễ
Khối nguồn: cung cấp nguồn 5v cho mạch
a Thiết kế mạch in trên Proteus 8.5:
Sơ đồ nguyên lý của mạch thiết kế trên Proteus
Khối nguồn
khối tạo trễ
khối so sánh khối cảm
biến
Trang 7b Kiểm tra mạch trên boardtest:
Hình ảnh lắp giáp limh kiện trên boardtest
Trang 8Thiết kế mạch in trên Proteus 8.5
c Lắp ráp và đóng gói:
Trang 9Hình ảnh bộ sản phẩm hoàn thiện
Trang 101 Kết quả thu được
- Hiểu được chức năng, nguyên lý hoạt động của ic lm358 và ic555
- Chế tạo thành công thiết bị chống trộm và có ứng dụng vào thực tiễn
- Áp dụng lý thuyết của môn thiết kế mạch vào việc thiết kế mạch in làm thành sản phẩm
2 Hạn chế
- Khoảng cách làm việc của cảm biến chưa lớn
TÀI LIỆU THAM KHẢO.
[2] Nguyễn Thị Mai Lan (2015) Bài giảng kĩ thuật mạch điện tử Khoa SPKT, trường
ĐHSP Hà Nội
[4] Phạm Minh Hà (2006), Kỹ thuật mạch điện tử, NXB KHKT Hà Nội
[5]Vũ Thị Ngọc Thúy (2015) Thiết kế mạch Khoa SPKT, trường ĐHSP Hà Nội.