Mạch cảm biến ánh sáng dùng quang trở LDR để tự động bật tắt đèn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI o0o BÁO CÁO ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ Đề Tài: Mạch cảm biến ánh sáng dùng quang trở LDR để tự động bật tắt đèn Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Cảnh Quang MỤC LỤC Chương 1: Đề tài lý giải lựa chọn ………………………………………………3 Chương 2: Các linh kiện cần dùng .4 Chương 3: Chức nguyên lý hoạt động IC 555 Chương 4: Mạch nguyên lý giải thích hoạt động Chương 5: Chọn thông số linh kiện 12 Chương 6: Ứng dụng mạch thực tế 15 Chương 1: ĐỀ TÀI VÀ LÝ GIẢI VÌ SAO LỰA CHỌN Đề tài: Mạch cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở LDR để tự động bật tắt bóng đèn Giải thích lựa chọn đề tài: Trong sống ngày nay, điện phần thiếu Hầu hết đồ dùng gia đình, thiết bị chiếu sáng, máy móc công nghiệp sử dụng điện Với nhu cầu người ngày tăng, đặt nhiều vấn đề cần giải thiết bị thông minh tiện lợi tiết kiệm tối ưu nguồn lượng điện Vì chúng em thực đồ án “ Mạch cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở LDR để tự động bật tắt bóng đèn “ nhằm mục đích đảm bảo nhu cầu ánh sáng cần thiết mà tiện lợi tiết kiệm tối đa nguồn điện Chương 2: CÁC LINH KIỆN CẦN DUNG IC 555 Quang trở LDR Biến Trở Điện trở Transistor Rơ le Diode Bóng đèn Nguồn xoay chiều 220V 10 Nguồn chiều 5V Chương 3: CHỨC NĂNG VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA IC 555 Hình ảnh IC 555 Bảng chân lý SR Flip-Flop Cấu tạo: Cấu tạo IC 555 gồm OP-amp so sánh điện áp, mạch lật transistor để xả điện Cấu tạo IC đơn giản hoạt động tốt Bên gồm điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành phần Cấu tạo tạo nên điện áp chuẩn Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương Op-amp điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm Opamp Khi điện áp chân nhỏ 1/3 VCC, chân S = [1] FF kích Khi điện áp chân lớn 2/3 VCC, chân R FF = [1] FF reset Giải thích dao động: Ký hiệu mức thấp 0V, mức cao gần VCC Mạch FF loại RS Flipflop, Khi S = [1] Q = [1] QB = [ 0] Sau đó, S = [0] Q = [1] QB= [0] Khi R = [1] QB= [1] Q = [0] Tóm lại, S = [1] Q = [1] R = [1] Q = [0] QB= [1], transisitor mở dẫn, cực C nối đất Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp chân không vượt V2 Do lối Op-amp mức 0, FF không reset + Giai đoạn ngõ mức 1: Khi bấm công tắc khởi động, chân mức Vì điện áp chân (V-) nhỏ V1(V+), ngõ Op-amp mức nên S = [1], Q = [1] QB= [0] Ngõ IC mức Khi QB= [0], transistor tắt, tụ C tiếp tục nạp qua R, điện áp tụ tăng Khi nhấn công tắc lần Op-amp có V- = [1] lớn V+ nên ngõ Op-amp mức 0, S = [0], Q QB không đổi Trong điện áp tụ C nhỏ V2, FF giữ nguyên trạng thái + Giai đoạn ngõ mức 0: Khi tụ C nạp tiếp, Op-amp có V+ lớn V- = 2/3 VCC, R = [1] nên Q = [0] QB= [1] Ngõ IC mức Vì QB= [1], transistor mở dẫn, Op-amp2 có V+ = [0] bé V-, ngõ Op-amp mức Vì Q QB không đổi giá trị, tụ C xả điện thông qua transistor => Kết cuối cùng: Ngõ OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vng, có chu kỳ ổn định Chức năng: Như thấy IC 555 dùng để tạo xung dao động , mạch chúng em dùng IC 555 để tạo tín hiệu ngõ Q cao thấp Chương 4: MẠCH NGUYÊN LÝ VÀ GIẢI THÍCH CÁCH HOẠT ĐỘNG Mạch nguyên lý: Nguyên lý hoạt động:  Quang trở LDR điện trở phụ thuộc vào ánh sáng Khi ánh sáng chiếu vào LDR điện trở LDR giảm, ánh sáng mạnh điện trở LDR xấp xỉ  Như ánh sáng chiếu vào LDR thay đổi điện áp đặt vào chân IC 555 thay đổi Cụ thể, Khi sáng chiếu vào LDR làm cho điện trở LDR giảm điện áp đặt vào chân chân tăng Ngược lại, trời tối , ánh sáng chiếu vào LDR giảm, làm cho điện trở LDR tăng lên , điện áp đặt vào chân chân giảm  Khi ánh sáng giảm làm cho điện áp đặt vào chân chân giảm đến mức nhỏ 1/3 Vcc (1,67 V) đầu Q IC 555 xuất tín hiệu ( V ) làm cho Transistor NPN thơng , từ cuộn hút Rơ le cấp điện hút tiếp điểm Rơ Le đóng lại Khi mạch điện xoay chiều kín làm cho đèn sáng  Khi ánh sáng tăng làm cho điện áp đặt vào hai chân tăng đến mức lớn 2/3 Vcc ( 3,33V ) đầu Q IC 555 xuất tín hiệu ( 0V ) , Transistor NPN khơng thơng, cuộn hút Rơ le không cấp điện, tiếp điểm Rơ le khơng đóng, làm cho mạch xoay chiều hở đèn không sáng  Khi điện áp đặt vào chân khoảng lớn 1/3 Vcc ( 1.67V ) nhỏ 2/3 Vcc ( 3.33V ) đầu Q IC 555 giữ nguyên trạng thái trước Nghĩa trước đèn sáng đèn tiếp tục sáng ngược lại  Ta có bảng: Trạng thái V26 < 1/3 Vcc 1/3 Vcc < V26 < 2/3 Vcc V26> 2/3 Vcc S 0  Q = => đèn sáng  Q = => đèn tắt 10 R 0 Q Q Hình ảnh mạch thật Trong mạch thật chúng em, chúng em thay tải bóng đèn thành LED nguồn xoay chiều 220V thành nguồn chiều 5V Điều không ảnh hưởng đến kết cấu mạch ! 11 Chương 5: CHỌN THÔNG SỐ LINH KIỆN Biến trở Chọn biến trở có giá trị 100k ( Theo thực nghiệm mơ Proteus ) Chức năng: Điều chỉnh độ nhạy Muốn đèn dễ sáng điều chỉnh biến trở có giá trị lớn ngược lại Rơ Le 12 Chọn SRD-05VDC-SL-C: Hiệu điện kích tối ưu 5V ( Để phù hợp với nguồn 5V sẵn có ) Transistor: Chọn C1815 Thông số kỹ thuật Transitor C1815 : Điện áp cực đại : 50V Dòng cực đại : 150mA Hệ số khuếch đại ~ 25-100 Khối lượng : 0.21 g Điện trở: chọn điện trở 1k Ω 13 Khi IB = (5 – 0.7) / 1kΩ = 4.3 mA Ic = IB * β = 4.3* 25 = 107.5 mA > 20 mA => thỏa mãn ( dịng để Rơ le hoạt động bình thường 20 mA ) Diode Chọn 1N4007 ( thông dụng, sẵn có thị trường ) Chức Diode: Bảo vệ cho Transistor Rơ le chuyển từ trạng thái đóng sang cắt Khi Rơ le đóng mà đột ngột bị cắt, cuộn hút Rơ le tồn điện tích, khơng có diode dịng điện tồn cuộn hút vào Transistor, Transistor không thông nên điện trở Transistor vô lớn, điện áp đặt vào Transistor vơ lớn làm hỏng Transistor Vì ta mắc thêm diode vào đầu cuộn hút để dòng điện tồn cuộn hút chạy qua diode bị tiêu tán 14 Chương 6: ỨNG DỤNG CỦA MẠCH TRÊN THỰC TẾ Cơng tắc cảm biến ánh sáng có tính tự động mở đèn trời tối tắt có đủ ánh sáng, điều giúp bạn tiết kiệm điện cách hiệu Và số ứng dụng phổ biến chúng: – Ứng dụng dùng để bật tắt đèn chiếu sáng công cộng – Ứng dụng dùng bật tắt đèn hành lang – Ứng dụng dùng để bật tắt sân thượng – Ứng dụng dùng để bật tắt sân vườn – Và số ứng dụng khác: bảng hiệu, bảng quảng cáo… 15 TỔNG KẾT Trong suốt trình thực đề tài này, với nhiều cố gắng nỗ lực nhóm, nhóm hồn thành đề tài Tuy nhiên số hạn chế khâu thiết kế Qua q trình thực đề tài nhóm học hỏi nhiều vấn đề bổ ích môn học Điện tử tương tự, IC 555 quang trở LDR Nhóm nâng cao khả thực hành làm mạch, tra cứu linh kiện Đặc biệt trình trực tiếp bắt tay vào làm sản phẩm cụ thể chúng em nhận thức rõ lý thuyết thực hành có khoảng cách khơng nhỏ, vấn đề đặt cho nhóm phải tìm hiểu khắc phục khúc mắc trình thực Đây hành trang quý báu cho sinh viên bước vào sống nghề nghiệp sau Mặc dù có nhiều cố gắng trình làm đồ án, song hạn chế mặt thời gian khả nên khơng thể tránh khỏi có sai sót Rất mong nhận đóng góp ý kiến thầy bạn để đồ án chúng em hoàn chỉnh Chúng em xin chân thành cảm ơn! 16 ... HOẠT ĐỘNG Mạch nguyên lý: Nguyên lý hoạt động:  Quang trở LDR điện trở phụ thuộc vào ánh sáng Khi ánh sáng chiếu vào LDR điện trở LDR giảm, ánh sáng mạnh điện trở LDR xấp xỉ  Như ánh sáng. .. nguồn lượng điện Vì chúng em thực đồ án “ Mạch cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở LDR để tự động bật tắt bóng đèn “ nhằm mục đích đảm bảo nhu cầu ánh sáng cần thiết mà tiện lợi tiết kiệm tối... Đề tài: Mạch cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở LDR để tự động bật tắt bóng đèn Giải thích lựa chọn đề tài: Trong sống ngày nay, điện phần thiếu Hầu hết đồ dùng gia đình, thiết bị chiếu sáng,