MẠCH CHỐNG TRỘM HỒNG NGOẠI bằng IC số (có nguyên lý và mạch in)

MẠCH CHỐNG TRỘM HỒNG NGOẠI bằng IC số (có nguyên lý và mạch in) ......... MẠCH CHỐNG TRỘM HỒNG NGOẠI bằng IC số (có nguyên lý và mạch in) ......... MẠCH CHỐNG TRỘM HỒNG NGOẠI bằng IC số (có nguyên lý và mạch in) ......... MẠCH CHỐNG TRỘM HỒNG NGOẠI bằng IC số (có nguyên lý và mạch in) .........

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 2

THIẾT KẾ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA CÁC KHỐI TRONG HỆ THỐNG 5

TÌM HIỂU LINH KIỆN TRONG MẠCH 7

THIẾT KẾ MẠCH CHI TIẾT 21

THI CÔNG ĐỀ TÀI 23

KẾT LUẬN 26

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

HÌNH 2.1 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG PHÁT HỒNG NGOẠIHÌNH 2.2 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG THU HỒNG NGOẠIHÌNH 3.1.1A IC NE555 THỰC TẾ

HÌNH 3.1.1B SƠ ĐỒ CHÂN IC NE555

Hình 3.1.1c Cấu tạo IC NE555

Hình 3.7b Kí hiệu của transistor

Hình 3.8a LED thu phát hồng ngoại thực tế

Hình 3.8b Cấu tạo của LED hồng ngoại

Hình 3.9a Diode thực tế

Hình 3.9b Kí hiệu Diode

Hình 3.10 Loa phát

Hình 4.1 Sơ đồ mạch nguồn mô phỏng bằng Proteus

Hình 4.2 Sơ đồ mạch phát hồng ngoại mô phỏng bằng Proteus

Hình 4.3 Sơ đồ mạch thu hồng ngoại mạch thu và báo động mô phỏng bằng ProteusHình 5.1.1 Mạch LAYOUT mạch nguồn mô phỏng bằng Proteus

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu

-Ngày nay xã hội ngày càng phát triển khoa học kĩ thuật ngày càng tiến bộ, nhiềucông nghệ tiên tiến ra đời.Nghành công nghệ kỹ thuật điện-điện tử đang phát triểnrất mạnh ta ra nhiều linh kiện, thiết bị điện tử có độ chính xác cao, tốc độ ngày càngnhanh, đặc biệt là ngày càng nhỏ gọn tiện lợi cho người sử dụng… Góp phần lớnvào việc phục vụ cho lợi ích của con người trong đời sống sinh hoạt hàng ngày Dựatrên những nhu cầu đó, chúng ta cần phát triển và thiết kế ra những công nghệ trongnhiều lĩnh vực như: lĩnh vực mạng truyền thông, lĩnh vực định vị dẫn đường, lĩnhvực âm thanh hình ảnh…

-Từ những ứng dụng trên, hôm nay em đã tìm hiểu để thiết kế và thi công một đề tàinhỏ trong việc chống trộm đó là “MẠCH CHỐNG TRỘM HỒNG NGOẠI” Đề tài

sử dụng IC NE555 để tạo xung cho mạch phát tín hiệu qua LED, LED thu nhận tínhiệu qua các linh kiện khuếch đại làm đèn sáng và loa báo động vang lên Em đãthiết kế mạch trên phần mềm mô phỏng Proteus, chạy thử trên board mạch và tiếnhành làm mạch thực tế

THIẾT KẾ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA CÁC KHỐI

TRONG HỆ THỐNG

1.3 Sơ đồ khối hệ thống phát

Hình2.1 Sơ đồ khối hệ thống phát hồng ngoại-Khối chọn chức năng và mã hoá dữ liệu vào: Khi người sử dụng phát lệnh theo yêucầu của mình (bằng cách ấn phím chức năng) tín hiệu vào là mã thập phân Sau đókhối mã hoá sẽ phân tích và chuyển đổi thành hệ mã nhị phân dưới dạng các bit 0

và 1.Số bit trong mã lệnh nhị phân thường từ 4 bit hoặc 8 bit

-Khối dao động có điều kiện: khi mạch dao động thì tạo xung dao tín hiệu và xácđịnh thời gian cho mỗi bit

-Khối chốt dữ liệu và khối chuyển đổi từ song song thành nối tiếp: Khối này cóchức năng chốt mã nhị phân sau khi xuất ra từ mạch mã hoá, sau đó đưa vào mạchchuyển đổi từ song song thành nối tiếp Mach này được điều khiển bởi xung đồng

hồ và bộ định thời để việc chuyển đổi số bit của mã lệnh được đảm bảo

Chọn

chức

năng

Mãhoá

Chốt

dữ liệu

Chuyển đổisong songthành nốitiếp

Điều chế vàphát

Thiết bịphát

Dao động có điều kiện

-Khối điều chế và phát: Mã lệnh ở dạng nối tiếp sẽ đi vào khối điều chế để ghép vàomột sóng mang có tần số dao động từ 38Khz đến 100Khz, nhờ sóng mang có tần

số cao nên tín hiệu sẽ được truyền đi xa hơn

1.4 Sơ đồ khối hệ thống thu

Hình 2.2 Sơ đồ khối hệ thống thu hồng ngoại-Khối thiết bị thu là LED thu hồng ngoại nhận tín hiệu từ LED phát ở khối thiết bịphát

-Khối khuếch đại tín hiệu và phát sóng: khi tín hệu vào khối này sẽ được khuếch đạilên và tách bỏ đi sóng mang để lấy những mã lệnh cần thiết

-Khối chuyển đổi nối tiếp thành song song và khối giải mã: nhiệm vụ của khối này

là chuyển tín hiệu từ dạng nối tiếp thanh song song kế đến đưa vào khối mã hoá để

mã hoá lệnh thành mã thập phân, tạo một xung kích mở mạch điều khiển hoạt động.-Theo em khối nào củng quan trọng củng có vai trò riêng Những khối chính trongmạch của em là khối thiết bị phát, khối thiết bị thu và khối mạch điều khiển

tách sóng

Dao động cóđiều kiện

Mạch điềukhiển

Chuyển đổi nốitiếp thành songsong

TÌM HIỂU LINH KIỆN TRONG MẠCH

1.5 IC NE555

1.5.1 Cấu tạo

Hình 3.1.1a: IC NE555 thực tế-IC NE555 có 8 chân:

Hình 3.1.1b Sơ đồ chân của IC NE555

-Chân số 1 (GND): nối đất (mass) lấy dòng cấp cho IC hoạt động.

-Chân số 2(TRIGGER): là ngõ vào của một tần so sánh điện áp sử dụng transistor.Mức điện áp chuẩn là 2Vcc/3

-Chân số 3(OUTPUT): Ngõ ra của trạng thái được xác định theo hai mức volt cao

và volt thấp (mứa cao gần bằng mức áp trên chân số 8 và mức thấp gần bằng mức

áp trên chân số 1)

-Chân số 4(RESET) : Chân này có chức măng lập định mức trạng thái ra Nếu muốnngõ ra ở mức thấp thì cho chân số 4 nối đất(GND) Còn ở mức cao thì trạng tháingõ ra phụ thuộc vào mức áp trên chân 2 và chân 6

-Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Chân này dùng để điều chỉnh áp chuẩn trong

IC, thường cho nối đết thông qua một tụ từ 0.01uF đến 0.1 uF để lọc nhiễu cho mức

-Chân số 8(VCC): Chân này cấp nguồn cho IC hoạt động, nguồn dao động từ 15V không đượ vượt quá 18V

5V-Hình 3.1.1c Cấu tạo IC NE555

-IC NE555 được cấu tạo từ 2 OP-AMP so sánh điện áp, mạch lật và một contransistor để nạp xả điện cho mạch IC NE555 có cấu tạo rất đơn giản nhưng hoạtđộng rất tốt Bên trong IC có ba điện trở mắc nối tiếp nhau để chia điện áp Vcc rathành ba phần giúp tạo nên điện áp chuẩn Phần điện áp 1/3Vcc được nối vào chândương của OP-AMP phần 2/3Vcc được nối vào chân số âm của OP-AMP.

-Khi điện áp chân số 2 nhỏ hơn 1/3Vcc chân S=[1] Flip-Flop được kích hoạt, cònkhi điện áp ở chân số 6 lớn hơn 2/3Vcc chân R=[1] Fli-Flop được RESET

-Khi S=[1] thì Q=[1], R=[1] thì Q=[0] vì QB=[1] transistor đang trong trạng thái

mở dẫn và cực C thì nối đất Lúc này điện áp không nạp vào tụ và điện áp chân số 6không vượt quá V2 Vì ngõ ra của OP-AMP thứ hai ở mức 0 nên Flip-Flop khôngreset

- Khi ngõ ra ở mức 1:

+Khi khởi động chân số 2 sẽ ở mức 0 vì điện áp ở chân số 2(-) nhỏ hơn điện áp củaV1(+) Ngõ ra của OP-AMP thứ nhất lúc này đang ở mức 1 nên S=[1], Q=[1] vàQB=[0] dẫn đến ngõ ra của IC bằng 1

+Khi QB=[0] tansistor ngưng làm việc, tụ C tiếp tục nạp qua tải R điện áp trên tụtăng lên Khi ấn công tắc một lần nữa OP-AMP thứ hất có V- =[1] lớn hơn V+ nênngõ ra ở mức 0, S=[0] Q và QB vẫn không thay đổi giá trị Khi điện áp trên tụ nhỏhơn V2, Flip-Flop vẫn giữ nguyên trạng thái

-Khi ngõ ra ở mức 0:

Tụ C tiếp tục nạp điện áp, OP-AMP thứ hai có (V+) > (V-) = 2/3 Vcc R=[1] nênQ=[1] và QB=[1] nên ngõ ra của IC ở mức 0 Vì QB=[1] nên transisior mở dẫn OP-AMP thứ hai có (V+) < (V-) dẫn đến ngõ ra ở mức 0 Q và QB không thay đổi giátrị tụ C xả điện nhờ vào transistor

-Tóm lại: Ngõ ra (OUT) là tín hiệu có dang sóng vuông chu kì ổn định

1.5.3 Thiết kế mạch dao động dùng IC NE555 tạo ra xung vuông có tần số và

độ rộng bất kì

Hình 3.1.3a Mạch sử dụng IC NE555-Mạch dao động tao xung dùng IC NE555, IC thường sử dụng Vcc từ 5V-15V Khiđiều chỉnh điện trở R1 và R2, giá trị của tụ C1 sẽ nhận được dao động xung có độrộng xung và tần số theo ý muốn

T = 0.7 x (R1+2R2)x C1

f= 1.4/ (R1+2R2)x C1

-T: là thời gian của một chu kì toàn phần(s)

-f: là tần số dao động (hz)

-R1,R2 :điện trở (W)

-C1: tụ điện(W)

T = Tm + Ts

Tm = 0.7x (R1+R2)x C1 Tm: là thời gian ở mức điện cao

Ts = 0.7 x R2x C1 Ts: là thời gian điện ở mức điện thấp

-Chu kì toàn phần bằng tổng chu kì ở mức điện cao và chu kì ở mức điện thấp(T=Ts+Tm) Tần số dao động f=1/T

Hình 3.1.3b Sơ đồ thời gian chu kì toàn phần

1.6 OP-AMP 741 khuếch đại thuật toán

Hình 3.2a OP-AMP 741 thực tế-OP-AMP khuếch đại thuật toán 741 có hai đầu vào và một đầu ra:

+NON-INVERTING (+): Khuếch đại thuận

+INVERTING (-): Khuếch đại đảo

-Đầu ra ở chân số 6:

Hình 3.2b Sơ đồ chân OP-AMP 741-Cách mắc mạch:

+Khuếch đại đảo: nếu cho tín hiệu vào chân số 2 thì tín hiệu ra sẽ đảo

+Khuếch đại không đảo: nếu cho tín hiệu vào chân số 3 thì tín hiệu ra sẽ không đảo

Hình 3.2c Cách mắc OP-AMP 741-Cần phải lắp thêm 2 điện trở R1 và R2 để OP-AMP hoạt động

-Cách tín hệ số khuếch đại của OP-AMP 741

+Khuếch đại đảo:

Hệ số khếch đại AV= -R2/R1

Điện áp đầu ra = điện áp đầu vào x 10

VD: Điện áp vào là 1.2V => điện áp đầu ra =1.2x10=12V

+Khuếch đại không đảo:

Hệ số khuếch đại AV= 1/ R1+R2

+Chân số 1 là chân ngõ vào (IN)

+Chân số 2 là chân nối đất (GND)

+Chân số 3 là chân ngõ ra (OUT)

-Ngõ ra (OUT) luôn ổn định mức điện áp 12V cho mạch dù cho điện áp được củanguồn cung cấp từ nguồn có thay đổi IC 7012 được sử dụng để bảo những vệ mạchchỉ hoạt động ở mức điện áp dưới 12V Khi nguồn cung cấp đột ngột thay đổi do sự

cố ngoài ý muốn (VD: điện áp của nguồn cung cấp tăng cao thì mạch vẫn hoạt độngbình thường nhờ có sự ổn định điện áp của IC 7812 giữ điện áp ngõ ra (OUT) luôn

là 12V

-Sử dụng một máy biến biến áp để cung cập nguồn một chiềuco1 điện áp dao động

từ 12V-16V đưa vào ngõ vào (IN) Trong mạch cần có một diode để đảm bảo cựctính của nguồn cung cấp chỉ theo một chiều duy nhất để tránh nhầm lẫn cực tính,ảnh hưởng đến các linh kiện trong mạch

-Điện áp vào IC7812 phải lớn hơn điện áp của IC từ 2V-3V

-Sử dụng thêm các tụ để lọc nhiễu cho nguồn

1.8 Điện trở

Hình 3.4a Điện trở thực tế-Điện trở: là một linh kiện thụ động có vai trò chính là cản trở dòng điện (hạn dòng)trước khi vào linh kiện hoặc làm những chức năng khác tuỳ thuộc vào cách mắcđiện trở trong mạch

-Cấu tạo: điện trở thường được làm từ những chất liệu có trở kháng cao như than,dây quấn kim loại… Giá trị của điện trở được biễu diễn bằng những vòng màu

Hình 3.4b Kí hiệu của điện trở-Cách đọc giá trị của điện trở Có 2 loại điện trở thường được sử dụng là: loại 4vòng màu và 5 vòng màu ( được qui định bởi bảng màu).

Hình 3.4c Bảng các vòng màu của điện trở-Đối với điện trở 4 vạch màu: 2 vạch chỉ chữ số-1 vạch chỉ hệ số nhân-1 vạch ngoàicùng chỉ sai số

-Muốn đọc được chỉ sớ của điện trở trước tiên ta phải xác định được màu NhũVàng, Nhũ Bạc Sau đó tìm trên thân điện trở vạch màu nằm ngoài cùng, đọc màuvòng đó với vòng kế nó, hai vòng màu đó xác định trị số của điện trở

-Vòng màu thứ ba dùng để xác định hệ số nhân của điện trở: 10(giá trị của màu)

-Giá trị của điện trở được tính bằng: Giá trị điện trở= Tỉ số x Hệ số nhân

Hình 3.4d Cách đọc giá trị của điện trở

-Vòng cuối để xác định sai số của điện trở Hoàng Kim 5% Bạc 10%

-Tụ điện: là linh kiện điện tử thụ động có khả năng tích điện, nạp và xả điện áp,chống nhiễu…tuỳ vào mục đích sử dụng và cách lắp tụ trong mạch mà tụ sẽ thựchiện những chức năng khác nhau.

-Tụ chia ra nhiều loại, cơ bản là: tụ phân cực và tụ không phân cực

-Những tụ phân cực thường có giá trị lớn hơn sơ với tụ không phân cực Tụ có 2chân âm và dương phân biệt nhau Khi gắn tụ vào mạch cần chú ý xác định chiều

âm dương của tụ để tránh mạch hoạt động sai ý muốn hoặc hư hỏng Tụ thường cónhiều tên như: tụ hoá, tụ gốm, tụ giấy…

-Tụ có rất nhiều hình dạng khác nhau tuỳ theo giá trị, vật liệu… làm tụ

-Tụ được kí hiệu là C

Hình 3.6b: Các loại tụ gốm, tụ hoá, tụ giấy

Hình 3.6c Kí hiệu của tụ-Đơn vị của tụ điện là Fara (F)

-Trong các mạch đơn giản tụ thướng có giá trị nhỏ:

+Pico Fara (P) 1P = 1 x 1012 F

+Nano Fara (N) 1N = 1 x 109F

+Micro Fara 1Micro = 1 x 106F

-Cách đọc giá trị tụ điện:

+Cách đọc trực tiếp 1000uF đọc là: 1000 Micro Fara

+Nếu tụ có kí hiệu là 103J, 150K, 471K… đơn vị của các tụ này là Pico Fara Cáchđọc tụ này là giữ nguyên hai số đầu tiên, số thứ ba là các số 0 được thêm phía sau.VD: +104J đọc là ( 10 cộng thêm 4 số 0 phía sau) 100000pF

+471K đọc là (47 cộng thêm 1 số 0 phía sau) 470pF

tự NPN ta được Transistor ngược.Về cấu tao Transistor tương đương với hai diodeđấu ngược nhau

1.12 LED thu và phát hồng ngoại

Hình 3.8a LED thu phát hồng ngoại thực tế-LED phát ra tia hồng ngoại ( ánh sáng hồng ngoại) là ánh sáng mà mắt thườngkhông thể quan sát được có bước sóng từ 0.86uF đến 0.98uF Vận tốc truyền củaánh sáng hồng ngoại bằng với vận tốc truyền của ánh sáng

Hình 3.8b Cấu tạo của LED hồng ngoại

1.13 Diode

Hỉnh 3.9a Diode thực tế

-Diode: là một loại linh kiện điện tử thụ động cho phép dòng điện đi qua nó chỉ theomột chiều mà không được đi theo chiều ngược lại.

-Diode chỉ bị cháy khi áp phân cực ngược tăng và lớn hơn hoặc bằng 1000V

Hình 3.9b Kí hiệu của diode

1.14 Loa phát

-Mạch dùng loa phát có điện áp nhỏ, đơn giản

-Loa có 2 chân: 1 chân cấp nguồn và 1 chân nối đất

Hình 3.10 Loa phát thực tế

THIẾT KẾ MẠCH CHI TIẾT

1.15 Khối nguồn

- Khối nguồn lấy nguồn cung cấp cho mạch được lấy trực tiếp từ hệ thống điện giađình 220V-AC, sau đó đưa vào biến áp để hạ áp xuống thành 16V-AC, cho qua cầudiode để biến đổi điện áp từ AC thành DC Kế đến cho qua các tụ để lọc nhiễu vàcác điện trở để hạn dòng, dùng 2 IC ổn áp 7812 và 7805 để cung cấp 2 mức điện áp+12V và +5V cho mạch

Hình 4.1 Sơ đồ mạch nguồn mô phỏng bằng Proteus

1.16 Khối mạch phát tín hiệu hồng ngoại

Hình 4.2 Sơ đồ khối mạch phát tín hiệu hồng ngoại mô phỏng bằng Proteus

-Cấp nguồn cho mạch, áp qua cầu phân áp để phân chia điện áp cho mạch, ICNE555 có vai trò như một mạch tạo xung, tín hiệu ra từ chân số 3 của IC NE555 códạng một xung vuông có tần số 1Khz và được ghép thêm vào một sóng mang có tần

số 38Khz để tín hiệu có thể truyền đi xa hơn Mạch có thể phát đi xa khoảng 6m.-Cách tính thành phần I, Vout tại cầu phân áp:

+ I = Vcc / R1+R2

+ Vout(R2) = I x R2 => Vout(R2) = Vcc x R2 / R1+R2

1.17 Khối mạch thu tín hiệu hồng ngoại vào báo động

Hình 4.3 Sơ đồ khối mạch thu tín hiệu hồng ngoại và báo động mô phỏng bằng

Proteus

-Tín hiệu được truyền từ LED phát hồng ngoại ở mạch phát đến LED thu, đưa vàoOP-AMP 741 thứ nhất để khuếch đại tín hiệu lên và chỉnh lưu lọc thành áp DC Kếđến đưa qua OP-AMP thứ hai để so sánh diện áp ( OP-AMP thứ hai có vai trò nhưmột mạch so sánh điện áp) tín hiệu sẽ được kích vào chân số 2 của IC NE555 ICNE555 đóng vai trò là mạch đơn ổn khi có tín hiệu vào nó sẽ làm loa phát vang lên(khi có người đi ngang qua mắt thu mất tín hiệu làm cho áp chỉnh lưu giảm xuốngkích vào chân IC làm cho loa phát vang lên

THI CÔNG ĐỀ TÀI

1.19.2 Mạch phát

Hình 5.2.2 Mạch phát thực tế

1.19.3 Mạch thu

Hình 5.2.3 Mạch thu thực tế

KẾT LUẬN

1.20 Thi công

- Đã tìm hiểu nguyên lí hoạt động của mạch

- Mô phỏng mạch trên phần mềm Proteus

- Thực hiện in mạch, rửa mạch, khoan lỗ chân linh kiện và hàn mạch

1.21 Ưu điểm và nhược điểm của mạch

- Ưu điểm: Mạch dễ làm, đơn giản, giá cả linh kiện rẻ, giúp hiểu hơn về quá trìnhthu và phát hồng ngoại, mạch có thể được sử dụng rồng rãi

-Nhược điểm: Mắt thu có thể nhận những ánh sáng trắng từ mội trường bên ngoàigây ra hiện tượng nhiễu Còn hạn chế ở điểm khoảng cách giữa hai khối thu và phát

bHBRDEh6qk5b6yqKIBEiQAFUz29gGc3pujKoteStSxaPdHPJ73T0B7eEJR-GGluq6J3Q4aAhMf8P8HAQ

http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=Lm741cn&gclid=Cj0KEQjw2 Và một số hình ảnh trên google