ĐỒ ÁN CHƯƠNG GIỚI THIỆU HỆ THỐNG MẠCH 1.1 GIỚI THIỆU VỀ MẠCH CẢM BIẾN ÁNH SÁNG 1.1.1 Phân tích nhu cầu cần thiết mạch Điện nguồn lượng quan trọng sống đại, mà điện phải sử dụng cách thích hợp Việc chế tạo mạch cảm biến ánh sáng dựa nhu cầu tiết kiệm điện không tốn công sức việc điều khiển hệ thống chiếu sáng Mạch cảm biến sử dụng rộng rãi nhiều thiết bị chiếu sáng quan thuộc đèn đường, đèn công viên, đèn cầu thang… nhằm mục đích đảm bảo nhu cầu chiếu sáng đồng thời với việc tiết kiệm điện công sức người 1.1.2 Các sản phẩm có thị trường Trên thị trường có nhiều sản phẩm sử dụng mạch nguyên lý cảm biến ánh sáng để phục vụ cho mục đích chiếu sáng, sau số sản phẩm điển hình: Đèn vườn tự động Đèn sử dụng lượng mặt trời, tự động sạc bật sáng vào ban đêm, đèn cảm ứng Đèn LED cảm ứng tự động phát sáng trời tối, tự động tắt bật thiết bị chiếu sáng khác, cắm cầu thang, phòng ngủ, nhà vệ sinh để tránh vấp ngã trời tối Các sản phẩm điều sử dụng nguồn điện pin sạc hay lượng mặt trời nên tuổi thọ không cao, tốn thời gian sạc, nên việc chế tạo mạch cảm biến ánh sáng sử dụng nguồn trực tiếp mạng điện tiện lợi tuổi thọ tốt, giúp tiếp kiệm thời gian, không cần sạc 1.2 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH Khối chỉnh lưu Khối cảm biến KhốI hiển thị Tác nhân Sơ đồ 1.1: Sơ đồ khối mạch - Khối chỉnh lưu : sử dụng nguồn 220V qua cầu điode trở thành 12V cung cấp cho mạch ĐỒ ÁN - 1.3 Khối cảm biến: Có chức biến tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện, ta dùng quang trở Như ta biết có ánh sáng chiếu vào, điện trở quang trở giảm đáng kể so với không chiếu sáng Khối khối hiển thị: hiển thị ánh sáng, đèn dây tóc Tác nhân: ánh sáng tự nhiên( ánh sáng mặt trời ), ánh sáng nhân tạo( đèn pin) Yêu cầu mạch - Trong thực tế, để ứng dụng mạch vào điều khiển bật tắt thiết bị điện mạch nhiều bất ổn giá thành, linh kiện điều kiện khí hậu thời tiết Nên yêu cầu đặt phải chế tạo mạch không tốt giá thành, mà phải hoạt động ổn định điều kiện thời tiết - Sản phẩm làm phải áp dụng vào thực tiễn tốt Ngoài phải đảm bảo mặt thẩm mỹ sản phẩm -Hoạt động ổn định nguồn biến đổi -Đèn phải tắt trời sáng tự bật cường độ ánh sáng giảm đến mức độ định Độ nhạy cao ổn định Mạch đơn giản dễ tùy biến -Tín hiệu đầu vào tín hiệu ánh sáng, cụ thể ánh sáng chiếu vào quang trở Tín hiệu thay từ từ theo thời gian (nếu ánh sáng mặt trời) đột ngột (nếu ánh sáng nhân tạo) Tín hiệu đầu tín hiệu quang, cụ thể ánh sáng đèn LED Các yêu cầu phi chức Nhỏ gọn, tuổi thọ 1,5-2 năm Giá thành rẻ (khoảng 40.000đ ) ĐỒ ÁN CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 2.1 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch ĐỒ ÁN Khối mạch nguồn: Khối nguồn ta xử dụng nguồn tụ 684/630V, Cấp nguồn 220V vào chân J2 hình 2.1 nguồn điện giảm áp qua tụ điện, nắn thành điện chiều qua cầu điode thành 12v sau vào mạch Ta gắn thêm zener 1N4742 sử dụng mạch xén bảo vệ mạch điện áp lớn 12V Tụ C4 470uF sử dụng để lọc nguồn Tụ C5 100nF tụ sử dụng để lọc chống nhiễu Điện trở 100 Ohm 2W linh kiện điện tử thụ động đặc trưng cho khả cản trở dòng điện có cơng suất 2W Từ mạch ta tạo nguồn 12V(chú ý: nguồn nguồn không cách li nên chạm vào giật ) Mạch ổn áp: Điện áp 12V đưa vào khối mạch ổn áp qua IC78L05 ổn áp thành nguồn 5V ổn định cung cấp cho khối cảm biến hình 2.1 Việc sử dụng nguồn ổn áp để điện áp có thay đổi hoạt động với mức ánh sáng chỉnh cho quang trở qua biến trở Mạch gắn thêm led để báo nguồn, ta cấp điện vào khối nguồn led sáng Ngồi có tụ C1 để chống nhiễu tụ C2 để lọc nguồn Khối mạch cảm biến Khối mạch cảm biến sử dụng nguồn 5V ổn áp nhờ IC 78L05 để hoạt động Khối mạch gồm 1con IC LM358, IC tích hợp Op-amp chức so sánh điện áp chân 5,6 chân 2,3 IC LM358 Hai biến trở để điều chỉnh ngưỡng sáng mà đèn tắt (RV1) ngưỡng ánh sáng mà đèn bật( RV2) Chìa khóa định hành động đóng mở relay mạch nằm OpAmp với chức so sánh Khi điện áp thay đổi đầu vào chân (2) (3),(5)và(6), Opamp nhận biết tín hiệu thực phép so sánh V1, V2, V3, V4, V5, V6 V7 điện chân 1, 2, 3, 4, 5, IC LM358: Nếu V5 > V6 Vout(V7) = V8( chân 8) Vcc=5V làm Q1 dẫn, cuộn dây rơle có điện, Q2 đẫn đèn sáng -Ngược lại: Nếu V5 < V6 => Vout = V4(tại chân 4) -Lúc này, tín hiệu đưa Transistor chắn giá trị: V8 V4 -Vout = V4 = 0, điện áp đèn khơng tắt trì Q2 (A1015), trời đủ sáng V2V6 đèn sáng Như vậy, việc thay đổi điện trở thụ động quang trở phụ thuộc vào ánh sáng chiếu vào Quang trở thay đổi điện trở làm điện áp quang trở thay đổi liên tục Op-Amp sử dụng tín hiệu điện áp để điều khiển điện áp ra… Từ định việc đóng mở Transistor relay… Việc gắn relay phải gắn thêm diot (D1) để bảo vệ relay, xả điện áp ngược cuộn dây role, bảo vệ Q2 Do relay có cuộn dây nên tắt nguồn sinh dòng điện cảm ứng có chiều ngược lại đánh trở lại relay nên phải có diot để chặn lại dòng 2.2 TÍNH TỐN GIÁ TRỊ THÍCH HỢP CỦA CÁC LINH KIỆN TRONG MẠCH 2.2.1 Khối hạ áp, chỉnh lưu: Đối với mạch đơn giản, tải thấp P= 0,5 (W), nên ta dùng Diode tạo thành cầu để chỉnh lưu áp xoay chiều (AC) thành áp chiều (DC) Để lấy điện áp chiều cần sử dụng cầu Diode chỉnh lưu biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp chiều, điện áp có giá trị thấp điện áp trước qua lượng UD (V) không phẳng (Diode bán dẫn Si có UD= 0,6 V; Diode bán dẫn Ge có UD= 0,2 V) Ta sử dụng chỉnh lưu cầu để điện áp sau qua chỉnh lưu nhấp nhơ Đối với mạch trên, ta cần lấy điện áp chiều 12V chỉnh lưu cầu, sử dụng Diode bán dẫn Si Theo đó, điện áp qua chỉnh lưu cầu phải có giá trị thấp bằng: 12 + x 0,6 = 13.2 (V) Mà ta sử dụng trực tiếp áp xoay chiều 220V, nên trước cho áp qua cầu diode ta dùng tụ gốm có điện áp lớn để khơng bị đánh thủng có cơng dụng nạp, xả áp khơng cho áp chiều qua Theo nguyên tăc chọn tụ an toan chọn tụ có: Utụ=Unguồn x 1,4 = 220 x 1,6 = 352V Vậy ứng với tải P= 0.5W, Umax = 352V tra ta chọn tụ 474j – 400V Và chọn điện trở mắc song song với tụ để làm tải cho tụ xả điện, đồng thời đóng vai trò cầu chì có cố xảy ĐỒ ÁN Ta có: I= P = Utụ 0,5 400 = 0,00125 (A) Umax = 220 + 400 = 620 (V) R= Umax I = 620 0,00125 = 496 (Kohm) Vậy ta chọn R >496 (Kohm) hợp lý an toàn 2.2.2Giá trị điện trở Led hoạt động mức điện áp từ 1,8V đến 3V dòng điện nằm khoảng 10mA đến 20mA -Nếu bạn lấy led ( loại thường 3V) cắm vào nguồn 5V led bị hỏng - Vì muốn tính điện trở hạn dòng cho led tránh bị hỏng hoạt động bình thường mức điện áp 5V thì: - + Giá trị điện trở nhỏ nhất: - 5V−3V 20mA = 100 omh + Giá trị điện trở lớn nhất: 5V−1,8V 10mA = 320 omh -Vậy nên chọn điện trở có giá trị nằm khoảng từ 100 omh đến 320 omh Trong mạch chọn điện trở có giá trị 220omh để bảo vệ led ĐỒ ÁN 2.3 SẢN PHẨM HỒN CHỈNH VÀ MẠCH IN Hình 2.2: Mạch in ĐỒ ÁN Hình 2.3: Sản phẩm CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 3.1 Kết luận Sau hoàn thành đồ án thiết kế lắp đặt mạch tự động bật/tắt đèn dùng cảm biến ánh sáng thành công , em thấy sản phẩm em hoàn thiện Mạch tự động bật / tắt đèn theo ánh sáng mạch đơn giản ứng dụng thực tế nhiều lĩnh vực đèn đường Với giá thành để tạo sản phẩm hoàn chỉnh rẻ mạch hoạt động ổn định em nghĩ ứng dụng công nghệ tự động thành công nghành công nghiệp điều khiển tự động Do hiểu biết thực tế thời gian có hạn nên q trình thực đề tài khơng thể tránh thiếu sót, mong nhận ý kiến thầy bạn để đề tài em hồn thiện Mặc dù số hạn chế việc sử đụng điện 220V nguồn xoay chiều nên vấn đề an toàn cần đặt hết, nên việc chế tạo test có nhiều rủi ro Nên thi cơng mạch cần cẩn trọng không cham vào linh kiên cấp nguồn 3.2 Hướng phát triển đề tài: Ứng dụng vào máy móc, thiết bị điện chiếu sáng ngày đèn đường, đèn ngủ, để việc điều khiển bật tắt tự động tiếp kiệm thời gian cho người Rộng ứng dụng vào sản xuất, nhà máy, xí nghiệp, nơng trại, ĐỒ ÁN TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồ Văn Cừu, Lê Quốc Đán, Nguyễn Hữu Phúc(2012),Giáo trình cấu kiện điện tử, Đại học Sài Gòn [2] Lê Quốc Đán, giáo trình điện tử tương tự, Đại học Sài Gòn [3] www.robocon.vn [4] https://vi.wikipedia.org/wiki [5]http://pdf1.alldatasheet.com/datasheetpdf/view/3067/MOTOROLA/LM358.ht ml ... thị ánh sáng, đèn dây tóc Tác nhân: ánh sáng tự nhiên( ánh sáng mặt trời ), ánh sáng nhân tạo( đèn pin) Yêu cầu mạch - Trong thực tế, để ứng dụng mạch vào điều khiển bật tắt thiết bị điện mạch. ..ĐỒ ÁN - 1.3 Khối cảm biến: Có chức biến tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện, ta dùng quang trở Như ta biết có ánh sáng chiếu vào, điện trở quang trở giảm đáng kể so với không chiếu sáng. .. đổi -Đèn phải tắt trời sáng tự bật cường độ ánh sáng giảm đến mức độ định Độ nhạy cao ổn định Mạch đơn giản dễ tùy biến -Tín hiệu đầu vào tín hiệu ánh sáng, cụ thể ánh sáng chiếu vào quang trở