đồ án thu phát hồng ngoại

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 kỹ thuật điều khiển từ xa 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 điều khiển từ xa 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: “MẠCH ĐIỀU KHIỂN DÙNG THU PHÁT HỒNG NGOẠI”. Vì thời gian, tài liệu và trình độ còn hạn chế nên việc thực hiện đồ án còn nhiều thiếu sót … Kính mong nhận được sự chỉ dẫn và góp ý tận tình của tất cả quý thầy cô cùng các bạn.

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuậttiên tiến của thế giới, chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiệnđại hơn Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị vớicác đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là nhữngyếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngàycàng cao hơn

Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ Điện tử đã đápứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành, lĩnh vực khác nhau chođến nhu cầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hàng ngày Một trongnhững ứng dụng của rất quan trọng của ngành công nghệ điện tử là kỹ thuậtđiều khiển từ xa bằng hồng ngoại Sử dụng hồng ngoại được ứng dụng rất nhiềutrong công nghiệp và các lĩnh vực khác trong cuộc sống với những thiết bị điềukhiển từ xa 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 mộtmạch ứng dụng nhỏ: “MẠCH ĐIỀU KHIỂN DÙNG THU PHÁT HỒNGNGOẠI” Vì thời gian, tài liệu và trình độ còn hạn chế nên việc thực hiện đồ áncòn nhiều thiếu sót … Kính mong nhận được sự chỉ dẫn và góp ý tận tình củatất cả quý thầy cô cùng các bạn

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1.ứng dụng thực tế

1.2.Sơ đồ khối và cấu tạo, chức năng từng khối

CHƯƠNG II: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH

2.10.Led thu phát hồng ngoại

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1.ứng dụng thực tế

Sử dụng điều khiển từ xa bằng sóng hồng ngoại được ứng dụng rất nhiềutrong công nghiệp và các lĩnh vực trong ngành điện tử gia dụng và giải trí, trongcuộc sống có những thiết bị điều khiển từ xa rất tinh vi và đạt được năng suất,kinh tế cao Phần lớn các thiết bị điện tử như TV, đầu đĩa, máy điều hòa, quạt đều có điều khiển từ xa đi kèm Các sản phẩm tay cầm chơi điện tử hiện naynhư của SONY PlayStation 3, Nintendo Wii cũng được ứng dụng điều khiển

từ xa bằng sóng hồng ngoại thay cho dây cắm như trước đây đem lại một số ưuđiểm và tiện dụng khác

Các loại cổng hay cửa ra vào tại các ngôi nhà,công ty, xí nghiệp cũng thườngđược lắp đặt các thiết bị ứng dụng điều khiển từ xa bằng sóng hồng ngoại đểtăng sự an toàn

1.2.Sơ đồ khối và cấu tạo, chức năng từng khối

1.2.1.Sơ đồ khối

-Mạch điện này được chia làm 4 khối:

Hình 1.1: Sơ đồ khối mạch điều khiển dùng thu phát hồng ngoại

1.2.2.Cấu tạo, chức năng từng khối

a)khối nguồn: Có máy biến áp làm nhiệm vụ cung cấp nguồn cho 3 khối: khối

thu phát, khối điều khiển và khối chấp hành Máy biến áp lấy đầu vào (input) lànguồn điện gia đình 220V cho ở đầu ra mức điện áp phù hợp

+ 1 biến áp lấy nguồn AC-220V để hạ áp xuống 12V

+ Cầu diode để có điện áp DC_12V

+Led phát,Led thu

+Điện trở

c)Khối điều khiển : Là khối chính của mạch, điều khiển hoạt động của mạch.

Điều khiển và xử lý thông tin từ khối thu phát hồng ngoại và truyền thông tintới khối chấp hành

+Biến trở để phân cực cho Transistor

+Transistor để điều khiển đóng ngắt rơle

+Rơle

+Diode

d)Khối chấp hành: nhận tín hiệu từ khối điều khiển và phát tín hiệu đầu ra

bằng Led sử dụng điện áp 1,5v để hiển thị đầu ra Khi có vật cản thì Led sángcòn khi không có vật cản thì Led không sáng

+1 Diode phát quang để hiển thị đầu ra

CHƯƠNG II: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH

2.1 Máy biến áp

Máy biến áp là một thiết bị điện từ loại tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảmứng điện từ, biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thànhmột hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác với tần số không thay đổi

Biến áp nguồn Biến áp nguồn hình xuyến

Hình 2.1 Biến áp 2.1.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp:

áp hoạt động ở tần số vài trăm Hz

Đối với các máy biến áp dùng trong lĩnh vực thông tin tần số cao thườngđược tạo bởi các lá thép permalloy ghép lại

-Dây quấn: Thường làm bằng dây đồng (đôi khi bằng dây nhôm) Dây quấnnối với nguồn, nhận năng lượng từ nguồn vào gọi là cuộn sơ cấp Dây quấn nốivới phụ tải, cung cấp điện cho phụ tải gọi là cuộn thứ cấp.

-Vỏ máy: thường được làm bằng kim loại để bảo vệ máy Ngoài vỏ máy còn có làm giá lắp đồng hồ đo,bộ phận chuyển mạch v V…

b Nguyên lý làm việc của máy biến áp:

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý của máy biến áp

Nguyên lý làm việc của máy biến áp:

- Dây quấn 1 có N1 vòng dây và dây quấn 2 có N2 vòng dây được quấn trên lõi thép 3

- Khi đặt một điện áp xoay chiều U1 vào dây quấn 1 (dây quấn sơ cấp), sẽ códòng điện i1 chạy trong dây quấn 1

- Trong lõi sinh ra từ thông Φ móc vòng với cả hai dây quấn 1 và 2, cảm ứng

ra các sức điện động ε1 và ε2

- Dây quấn 2 (dây quấn thứ cấp) có sức điện động e2, sẽ sinh ra dòng điện i2đưa ra tải với điện áp xoay chiều u2

- Như vậy năng lượng của dòng điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn

1 sang dây quấn 2

- Nếu N2> N1 thì U2 > U1, I2< I1: máy tăng áp

- Nếu N2< N1 thì U2 < U1, I2> I1: máy giảm áp

- Công thức tính điện áp đầu ra U2 khi biết điện áp vào U1 (H=100%),và ngược lại;

=== =k

K >1: hạ áp

K <1: tăng áp

K =1: cách li

2.1.2 Công suất của biến áp.

Công suất của biến áp phụ thuộc tiết diện của lõi từ và phụ thuộc vào tần sốcủa dòng điện xoay chiều, biến áp hoạt động ở tần số càng cao thì cho công suấtcàng lớn

Trong đó:

U: Là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đo bằng vôn (V)

I: Là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đo bằng ampe (A)

R: Là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng Ohm (Ω)

a) Nhãn nhận dạng giá trị điện trở

Ký hiệu và nhãn của các điện trở cố định phụ thuộc phần nào vào thiết kế ,

nhưng nó cũng được tiêu chuẩn hóa Về cơ bản, có hai cách mã hóa giá trị là mãmàu và văn bản Tuy nhiên nhà sản xuất thường làm khác đi với tiêu chuẩn và

sử dụng hệ thống quy ước của họ Trường hợp này phải sử dụng thông tin từ nhà sản xuất đưa ra

Mã màu điện trở

Mã màu được mô tả trong bảng hình 2.5:

Hình 2.5: Mã màu của điện trở

- Để xác định giá trị của điện trở theo các ký hiệu vòng màu ta xác định như sau:

Giá trị điện trở = (số ứng với vòng 1 kết x (hệ số vòng 3) cộng trừ sai số hợp số của vòng 2)

b)Các dạng điện trở cố định

Các điện trở thường được chế tạo và sử dụng đó là: các điện trở than ép, cácđiện trở màng kim loại, cũng như các điện trở dây quấn cho các màng công suấtcao

+Điện trở màng than (Carbon-Film)

+Điện trở màng kim loại (Metal-Film)

+Điện trở đây quấn

C)Phân loại điện trở

+Điện trở thường: Điện trở thường là các điện trở có công suất nhỏ từ 0,125W đến 0,5W

+Điện trở công suất: Là các điện trở có công suất lớn từ 1W, 2W,5W,10W

+Điện trở sứ, điện trở nhiệt: Là cách gọi khác của điện trở công suất, điện trở này có vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng tỏa nhiệt

2.3.Diode

a) Cấu tạo của diode và ký hiệu trong sơ đồ mạch điện.

Điốt bán dẫn là cấu kiện gồm có một lớp tiếp xúc P-N và hai chân cực làanốt (ký hiệu là A) và catốt (ký hiệu là K) Anốt được nối tới bán dẫn P, catốtđược nối với bán dẫn N được bọc trong vỏ bảo vệ bằng kim loại hoặc nhựa tổnghợp

Hình 2.6.Cấu tạo và ký hiệu của điốt bán dẫn trên sơ đồ

Hình 2.7.Hình dạng thực tế của Diode b) Phân cực cho diode:

- Phân cực thuận : khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt ( vùng bán dẫn P )

và điện áp âm(-) vào Katôt ( vùng bán dẫn N ) , khi đó dưới tác dụng tương táccủa điện áp, miền cách điện thu hẹp lại, khi điện áp chênh lệch giữ hai cực đạt0,6V ( với Diode loại Si ) hoặc 0,2V ( với Diode loại Ge ) thì diện tích miềncách điện giảm bằng không => Diode bắt đầu dẫn điện Nếu tiếp tục tăng điện

áp nguồn thì dòng qua Diode tăng nhanh nhưng chênh lệch điện áp giữa hai cựccủa Diode không tăng (vẫn giữ ở mức 0,6V )

- Phân cực ngược : Khi phân cực ngược cho Diode tức là cấp nguồn (+) vàoKatôt (bán dẫn N), nguồn (-) vào Anôt (bán dẫn P), dưới sự tương tác của điện

áp ngược, miền cách điện càng rộng ra và ngăn cản dòng điện đi qua mối tiếpgiáp, Diode có thể chiu được điện áp ngược rất lớn khoảng 1000V thì diode mới

bị đánh thủng

C)Phân loại diode

2.3.1 Diode Zener

- Diode Zener có cấu tạo tương tự Diode thường nhưng có hai lớp bán dẫn

P-N ghép với nhau, Diode Zener được áp dụng trong chế độ phân cực ngược , khiphân cực thuận Diode Zener như Diode thường nhưng khi phân cực ngượcDiode Zener sẽ gim lại một số mức điện áp cố định bằng giá trị ghi trên Diode

Hình 2.8 Diode Zener

2.3.2 Diode thu quang

Diode thu quang hoạt động ở chế độ phân cực nghịch, vỏ diode có một miếng thuỷ tinh để ánh sáng chiếu vào mối P - N , dòng điện ngược qua diode tỷ

lệ thuận với cường độ ánh sáng chiếu vào diode

2.3.3 Diode phát quang

Diode phát quang là Diode phát ra ánh sáng khi được phân cực thuận, điện

áp làm việc của LED khoảng 1,7 => 2,2V dòng qua Led khoảng từ 5mA đến 20mA Led được sử dụng để làm đèn báo nguồn, đèn nháy trang trí, báo trạng thái có điện vv

Hình 2.9 Diode phát quang(LED)

2.3.4 Diode xung

Trong các bộ nguồn xung thì ở đầu ra của biến áp xung , ta phải dùng Diodexung để chỉnh lưu Diode xung là diode làm việc ở tần số cao khoảng vài chục KHz , diode nắn điện thông thường không thể thay thế vào vị trí diode xung được, nhưng ngựơc lại diode xung có thể thay thế cho vị trí diode thường, diodexung có giá thành cao hơn diode thường nhiều lần Về đặc điểm , hình dáng thì

diode xung không có gì khác biệt với diode thường, tuy nhiên diode xung thường có vòng dánh dấu đứt nét hoặc đánh dấu bằng hai vòng.

Kí hiệu của diode xung2.3.5 Diode tách sóng

Là loại Diode nhỏ vở bằng thuỷ tinh và còn gọi là diode tiếp điểm vì mặt tiếp xúc giữa hai chất bán dẫn P - N tại một điểm để tránh điện dung ký sinh, diode tách sóng thường dùng trong các mạch cao tần dùng để tách sóng tín hiệu.2.3.6 Diode nắn điện

Là Diode tiếp mặt dùng để nắn điện trong các bộ chỉnh lưu nguồn AC

50Hz , Diode này thường có 3 loại là 1A, 2A và 5A

Hình 2.10 Diode nắn điện 5A 2.4.Tụ điện

2.4.1.Khái niệm và cấu tạo của tụ điện

Tụ điện có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng điện trường

và cho dòng điện xoay chiều truyền qua Chúng được sử dụng trong các mạchlọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động.

- Cấu tạo: gồm hai điện cực tách rời nhau nhờ một màng mỏng chất điệnphân, khi có một điện áp tác dụng lên điện cực sẽ xuất hiện một màng oxit kimloại không dẫn điện đóng vai trò như chất điện môi

Ký hiệu và hình dạng thực tế của tụ trong mạch điện:

Tụ không

phân cưc

Tụ hóaphân cực

Tụ hóaphân cực

Tụ hóakhôngphân cực

TụbiếndungHay tụbiến đổi

Hình 2.11.Hình dạng thực tế của tụ điện

2.4.2.Phân loại tụ điện

- Phân loại theo tính chất:

* Tụ không phân cực: gồm các lá kim loại ghép xen kẽ với lớp cách điệnmỏng giá trị của nó thường từ 1,8pF-1.000nF còn giá trị tụ lớn hơn thì sẽ cókích thước rất lớn không tiện chế tạo.

* Tụ phân cực: có cấu tạo gồm 2 điện cực cách ly nhau nhờ một lớp chấtđiện phân mỏng làm điện môi.Lớp điện môi càng mỏng thì trị số điện dungcàng cao.Loại tụ này có sự phân cực và ký hiệu các cực được ghi trên thân củatụ

- Phân loại theo cấu tạo: tụ gốm, tụ mica, tụ polycacbonat,tụ giấy polyste, tụ

hóa, tụ tantan, tụ biến đổi, tụ đầu

2.4.3.Cách đọc giá trị của tụ

-Cách đọc giá trị của tụ điện:

- Đọc trực tiếp trên thân tụ điện , ví dụ C=470µF (470 micro Fara)

Nếu kích thước tụ quá nhỏ khó ghi con số cụ thể người ta ghi mà số trên thân

tụ như 103J, 223K, 471J vvv… thì đơn vị là pico, hai số đầu giữ nguyên , sốthứ 3 tương ứng với 10n ( chữ J hoặc K ở cuối kà ký hiệu cho sai số)

-Ví dụ 1:103J sẽ là 10000 pF (sẽ là 10X103) = 10 nF

- Ví dụ 2: 471K sẽ là 470 pF (sẽ là 47 X 101)

Sau trị số điện dung bao giờ cũng có giá trị điện áp, điện áp ghi trên tụ chính

là điện áp cực đại mà tụ có thể chịu được, vượt qua giá trị này thì tụ điện có thể

bị hư hỏng hoặc bị cháy nổ

2.4.4.Cách mắc tụ điện

a Mắc song song

Tụ điện mắc song song thì điện dung tương đương của tụ bằng tổng điện

dung của các tụ : C = C +C +C

Điện áp chịu đựng của tụ điện tương đương bằng điện áp chịu đựng của tụđiện có điện áp nhỏ nhất: Utđ = Umin

Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử dụng

IC ổn áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản Cácloại ổn áp thường được sử dụng là IC 78xx, với xx là điện áp cần ổn áp Ví dụ

7805 ổn áp 5V, 7812 ổn áp 12V.Khi cấp nguồn cho ổn áp họ 78xx thì điện ápvào phải lớn hơn điện áp đầu ra là 3V Việc dùng các loại IC ổn áp 78xx tương

tự nhau, dưới đây là minh họa cho IC ổn áp 7805

Sơ đồ phía dưới IC 7805 có 3 chân:

Chân số 1 là chân IN

Chân số 2 là chân GND

Chân số 3 là chân OUT

+ Chân 1-2: Đây là chân cấp nguồn đầu vào cho 7805 hoạt động Giải điện ápcho phép đầu vào lớn nhất là 40V Theo datasheet thì giải điện áp đầu ra là 5V tanên cho điện áp vào là 35V để mạch lúc nào cũng hoạt động ổn định điện ápkhông bị lên xuống do nguồn đầu vào

+ Chân 3 ( Chân điện áp đầu ra) : Chân này cho chúng ta lấy điện áp đầu ra

ổn định 5V Đảm bảo đầu ra ổn định luôn nằm trong giải từ (4.75V đến 5.25V) Ngõ ra OUT luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi.Mạch này dùng để bảo vệ những mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 5V (các loại

IC thường hoạt động ở điện áp này) Nếu nguồn điện có sự cố đột ngột, điện áptăng cao thì mạch điện vẫn hoạt động ổn định nhờ có IC 7805 vẫn giữ được điện

áp ở ngõ ra OUT 5V không đổi

Chọn nguồn điện cho 7805:

Điện áp cấp vào cho 7805 phải nằm trong 8V đến 40V Nếu dưới 8V thì mạch

ổn áp không còn tác dụng Thông thường người ta không bao giờ cấp nguồn 8V

vào cả mà người ta phải cấp nguồn lớn hơn để tránh trường hợp sụt áp đầu vàosinh ra nguồn đầu ra không ổn định trong thời gian ngắn

Đảm bảo tản nhiệt tốt cho 7805 khi chạy với tải Khi công suất tăng lên thì do

7805 là linh kiện bán dẫn công suất nên rất nóng khi tải lớn Để tráng hỏng linhkiện và cho linh kiện hoạt động trong nhiệt độ bình thường thì cần phải tản nhiệttốt

2.6 Đèn Led

LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) là các

điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống nhưđiốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫnloại n.

Hình 2.12.Hình dạng thực tế của Led

2.7.Biến trở

2.7.1.Khái niệm biến trở

Biến trở: là loại điện trở có thể thay đổi trị số theo yêu cầu, thường gọi là chiết áp Có 2 loại biến trở: Biến trở dây quấn và biến trở than

Công dụng: Biến trở có vai trò phân áp, phân dòng cho mạch hay để thayđổi âm lượng, độ sáng tối

2.7.2 Hư hỏng thực tế:

-Đối với VR loại than thường gặp các hư hỏng như: đứt, bẩn, dỗ mặt than.Cách đo biến trở:

-Vặn đồng hồ về thang đo ohm.

-Đo cặp chân 1 – 3 rồi đối chiếu với giá trị ghi trên thân biến trở

-Đo tiếp cặp chân 1 – 2 rồi dùng tay chỉnh thử xem kim đồng hồ thay đổi:+ Nếu thay đổi chậm ta xác định là biến trở tinh chỉnh

+ Nếu thay đổi nhanh ta xác định là biến trở thường

+ Nếu đồng hồ thay đổi rồi chuyển hẳn về là biến trở bị đứt

+ Nếu đồng hồ thay đổi rồi lại chuyển về rồi lại trở lại vị trí gần đó là biếntrở bị bẩn, rỗ mặt

Hình 2.13.Kí hiệu và hình dạng thực tế của biến trở

2.8.Transistor

2.8.1.Cấu tạo

Gồm 3 lớp bán dẫn ghép lại với nhau hình thành 2 lớp tiếp giáp P-N ngược chiều nhau Ba vùng bán dẫn nối ra 3 chân gọi là 3 cực Cực nối với vùng bán dẫn chung gọi là cực gốc, cực này mỏng và có nồng độ tạp chất thấp, hai cực còn lại nối với vùng bán dẫn ở hai bên là cực phát (E) và cực thu (C), chúng có chung bán dẫn nhưng nồng độ tạp chất là khác nhau nên không thể hoán vị cho nhau Vùng cực E có nồng độ tạp chất rất cao, vùng C có nồng độ tạp chất lớn hơn vùng B nhưng nhỏ hơn vùng E