Thiết kế mạch điện tử tương tự mạch cảm biến khói, đặt ở nơi công cộng khi có người hút thuốc trong phòng thì chuông reo

Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặcđiểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là những yếu tố rất cầnthiết góp phần cho hoạt đ

ĐỀ TÀI

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ :

“ MẠCH CẢM BIẾN KHÓI, ĐẶT Ở NƠI CÔNG CỘNG KHI CÓ NGƯỜI HÚT

THUỐC TRONG PHÒNG THÌ CHUÔNG REO”

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiêntiến 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 đặcđiểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là những yếu tố rất cầnthiết 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 ứngđược những đòi hỏi không ngừng của các ngành, lĩnh vực khác nhau cho đến nhucầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hàng ngày Một trong những ứngdụng của rất quan trọng của ngành công nghệ điện tử là các mạch cảm biến với cáclinh kiện tích hợp cao Mạch cảm biến 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

II) Sơ đồ khối ……… 5

PHẦN II:SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ, CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI………7

I) Chức năng từng khối……….7

II) Sơ đồ khối toàn mạch……… 8

III) Nguyên lý hoạt động……… ……9

PHẦN III: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH

VII) TIC 106M……… 17

VIII) LDR ……… 20

IX) Chuông và HP1………26

PHẦN IV:ĐÁNH GIÁ ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA MẠCH ……….26

PHẦN V:KẾT LUẬN ……….28

PHẦN I : NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ VÀ SƠ

ĐỒ KHỐI

I)NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ

Mạch cảm biến khói thường được sử dụng trong các hệ thống báo động tiên tiến Hầu hết các thiết bị này sử dụng chuyên nghiệp khí-dò, ion hóa phòng hoặc các yếu tố phóng xạ như các cảm biến.Có hai cách cơ bản để thiết kế bộ cảm biến khói

Cách thứ nhất sử dụng nguyên tắc ion hóa Người ta sử dụng một lượng nhỏ chất phóng xạ để ion hóa trong bộ cảm biến Không khí bị ion hóa sẽ dẫn điện và tạo thành một dòng điện chạy giữa hai cực đã được nạp điện Khi các phần tử khói lọt vào khu vực cảm nhận được ion hóa sẽ làm tăng điện trở trong buồng cảm nhạn và làm giảm luồng điện giữa hai cực Khi luồng điện giảm xuống tới một giá trị nào đó thì bộ cảm biến phát hiện và phát tín hiệu báo động

Cách thứ hai sử dụng các linh kiện thu phát quang Người ta dung linh kiện phát quang (LED, LED hồng ngoại …) chiếu một tia ánh sang qua vùng bảo

veejvaof một linh kiện thu quang (photo diode, quang trở, photo transistor…)

Khi một vụ cháy xảy ra hoặc khi có ng ười hút thuốc trong phòng thì ở khu vực đó

sẽ xuất hiện khói với mật độ cao Khi có cháy, khói đi nga ng qua vùn g bảo vệ s ẽche chắn hoặc làm giảm cườ ng đọ ánh sáng chiếu vào linh kiện thu Khi cường

đọ giảm xu ống tới một giá trị nào đó thì b ộ cảm biến sẽ phát h iện và ph át tín hiệu báo động

Tron g hai cách này thì p hương pháp thứ nhất nhạy hơn và hiệu qu ả hơn nhưng khó thực thi và lắ p đặt Còn cách thứ h ai tuy ít nhạy hơn n hưng linh kiện dễ kiế m

và dễ th ực thi Lợi dụng đặc điểm này chúng em chọn cách hai để thiết kế mạc h cảm biế n khói và sử dụng b ộ phận thu phát chín h là LDRs và một LE D

II) SƠ ĐỒ KHÔÍ MẠCH CẢM BIẾN KHÓI :

PHẦN II: CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI, SƠ ĐỒ

NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

I) CHỨC NĂNG TOÀN KHỐI

1) Khối cảm biến : có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu khói thành tín hiệu điện, trongphần thiết kế này ta dùng quang trở Như ta đã biết hoạt động của quang trở là: khi

có ánh sang chiếu vào điện trở của nó giảm đi đáng kể so với khi không được chiếusáng

2) Khối ổn định điện áp nguồn

Khối nguồn lấy nguồn AC_ 220V từ điện lưới gia đình,dùng biến thế hạ ápxuống 12Vol_AC, khi qua cầu chỉnh lưu được DC_ 12V, dùng IC 7805 ổ áp cungcấp 2 mức điện áp cho toàn mạch là +12vol và +5vol

Hoặc ta cũng có thể lấy trực tiếp sạc điện thoại dùng làm nguồn cho mạch

3) Khối khuyếch đại :

Mạch khuyếch đại có n hiệm vụ k huyếch đại tín hiệu điện từ bộ c ảm biến khói và đưa ra tín hiệu điều chế q ua khối b áo động để phát tín hiệu báo độ ng.Tro ng đề tài này, mạch khuyếch đ ại được sử dụng là IC LM1801 IC

LM1801 này bao gồm khối khuyếch đại thuật t oán và bộ so sánh so sánh với h ai điện áp tham ch iếu so sánh tín hiệu đầu vào v ới tín hiệu điện một c hiều

4) Khối báo độn g : tạo ra â m thanh b áo động

II) SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ :

Sơ đồ nguyên lý toàn mạc h :

III) NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG :

LM1801 là một IC có ứng dụng đặc biệt, được thiết kế đặc biệt cho các máy dòkhói, cung cấp cho chúng ta xây dựng mạch này bằng cách sử dụng số lượng tối thiểu của các thành phần Nó bao gồm một trong những nguồn cung cấp zener nội bộ, hai kết quả đầu ra điện áp tham chiếu, một điện áp so sánh, và điện áp đầu

ra transistor là 500mA

Vi mạch được kết nối với nguồn điện trực tiếp Điot D1 chỉnh lưu nguồn điện xoay chiều và điện trở R7 làm giảm nó đến mức mà các mạch có thể hoạt động với

tụ điện C2 ổn định điện áp và zener bên trong IC điều chỉnh nó

Hai LDRs đồng nhất được nối theo kiểu cầu sao cho kết nối này bảo vệ và ngănchặn những sự thay đổi nhiệt độ và hóa già những hiệu ứng tác động lên mạch

Vì vậy R13 LDR và LED phải được đặt theo một cách sao cho khi có các hạt khói thuốc xâm nhập vào nó sẽ tác động lên bề mặt LDRs và làm giảm ánh sáng trên LDR đồng thời làm thay đổi điện trở của nó Mặt khác R12 LDR và LED phảiđược đặt liền kề nhau và không có không khí lưu thông xảy ra Như vậy khói thuốc lá sẽ không có gây ảnh hưởng đến R12 và điện trở của nó không bị biến đổi Cách tốt nhất để làm điều đó, là đặt R12 và LED trong một hộp riêng biệt

P1 là điện áp hiệu chuẩn HP1 là một âm thanh báo động máy phát điện Dòngđiện đầu ra tác động lên hệ thống báo động bên ngoài

Khi thực hiện so sánh và phát hiện sự chênh lệch điện áp giữa hai LDRs nó tácđộng lên bóng bán dẫn Th1 và kết quả là bắt đầu báo động,

PHẦN IV: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG

Ký hiệu:

Hình dạng thực tế:

Cách đọc trị số điện trở 4 vòng màu: Giá trị điện trở thường được thể hiện qua

các vạch màu trên thân điện trở, mỗi màu đại diện cho một số Màu đen: số 0, màunâu: số 1, màu đỏ: số 2, màu cam: số 3, màu vàng: số 4, màu lục: số 5, màu lam số

6, màu tím số 7, màu xám: số 8, màu trắng: số 9

Nhìn trên thân điện trở, tìm bên có vạch màu nằm sát ngoài cùng nhất, vạch màu

đó và vạch màu thứ hai, kế nó được dùng để xác định trị số của màu

Vạch thứ ba là vạch để xác định nhân tử

lũy thừa: 10(giá trị của màu) Giá trị của điện

trở được tính bằng cách lấy trị số nhân với

Loạicó phân cực thường có giá trị lớn hơn loại không phân cực, trên hai chân củaloại phân cực có phân biệt chân nối âm, nối dương rõ ràng, khi gắn tụ có phân cựcvào mạch điện, nếu gắn ngược chiều âm dương, tụ phân cực có thể bị hư và hoạtđộng sai Ngoài ra người ta còn gọi tên tụ điện theo vật liệu làm tụ, ví dụ: tụ gốm,

tụ giấy, tụ hóa

Hình dạng: tụ điện có khá nhiều hình dạng khác nhau

Biểu tượng trên mạch điện:

Đơn vị của tụ điện

- Đơn vị của tụ điện là Fara, 1 Fara có trị số rất lớn và trong thực tế người ta

thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như

+ P(Pico Fara) 1 Pico = 1/1000.000.000.000 Fara (viết gọn là 1pF)

+ N(Nano Fara) 1 Nano = 1/1000.000.000 Fara (viết gọn là 1nF)

+ MicroFarra 1 Micro = 1/1000.000 Fara (viết gọn là 1µF)

là N ta có transistor PNP, ngược lại nếu vùng giữa là vùng P ta có transistor NPN.

chất bán dẫn và cấp năng lượng cho các điện tử vượt dãi cấm Ngược blại khi mộtđiện tử từ dãi dẫn điện rớt xuống dãi hoá trị thí sẽ phát ra một năng lượng E=h.fDải dẫn điện Dải hóa trị Dải cấm hf Khi phân cực thuận một nối P-N, điện tử tự

do từ vùng N xuyên qua vùng P và tái hợp với lỗ trống (về phương diện năng

lượng ta nói các điện tử trong dãi dẫn điện – có năng lượng cao – rơi xuống dãi hoátrị - có năng lượng thấp – và kết hợp với lỗ trống), khi tái hợp thì sinh ra nănglượng

Đối với diod Ge, Si thì năng lượng phát ra dưới dạng nhiệt Nhưng đối với diodcấu tạo bằng GaAs (Gallium Arsenide) năng lượng phát ra là ánh sáng hồng ngoại (không thấy được) dùng trong các mạch báo động, điều khiển từ xa…) Với

GaAsP (Gallium Arsenide phosphor) năng lượng phát ra là ánh sáng \vàng hay đỏ Với GaP (Gallium phosphor), năng lượng ánh sáng phát ra màu vàng hoặc xanh lá cây Các Led phát ra ánh sáng thấy được dùng để làm đèn báo,trang trí… Phần ngoài của LED có một thấu kính để tập trung ánh sáng phát ra ngoài

Để có ánh sáng liên tục, người ta phân cực thuận LED Tuỳ theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau sẽ quyết định màu sắc của LED Thông thường, LED có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong khoảng 1,5 – 2,8V tuỳ theo màu sắc phát ra, màu đỏ: 1,4 –

1,8V, vàng: 2 – 2,5V, còn m àu xanh lá cây: 2 – 2,8V, và d òng điện qua LED tối

đa khoảng vài mA

Đ iot được s ử dụng tro ng mạch này là điot 1N4004

V) LD Rs

LDRs hay điệ n trở phụ thuộc ánh sáng Nó có tác dụn g đặc biệt trong mạc hcảm biế n sáng tối thông thư ờng giá trị điện trở c ủa một L DR là rất cao, có khi caođến 100 0000 Ω , nhưng khi chúng bị k hích thích bởi ánh sáng thì giá trị điện trởcủa nó sẽ giảm m ột cách đột ngột

VI) IC LM1801:

LM1801 đặc dụng IC, được thiết kế đặc biệt cho các máy dò khói, cung cấpcho chúng tôi xây dựng mạch này bằng cách sử dụng số lượng tối thiểu của cácthành phần Nó bao gồm một trong những nguồn cung cấp zener nội bộ, hai kếtquả đầu ra điện áp tham chiếu, một điện áp so sánh

LM1801 thực hiện so sánh năng lượng thấp với dòng điên cao , đầu ra mở vàthu tín hiệu

Hiện nay người ta dùng IC LM1801 trong ngành chế tạo như: thiết bị chống trộm, thiết bị phát hiện rò rỉ nước, rò rỉ khí đốt, những mạch ổn áp, nguồn pin được vận hành theo dõi…

Một số thông số chính của LM1801:

Dòng điện cung cấp thường là dòng 7µA , nhưng khi nó điều khiển cỏng

so sánh thì điện áp đầu ra của transistor lên tới 500mA

Tại : Rset = 10m Ω, V+= 9v, Ta = 25◦c

R1 + R2 = 10m Ω

Độ ổn định

VII) TIC 106M

IX) CHUÔNG BÁO ĐỘNG ,HP

HP là máy phát tạo âm thanh , khi có xung tín hiệu đưa đến tạo dao động chochuông rung tạo âm thanh đồng thời cũng tác động đến HP tạo ra âm thanh ngherất kích thích Dòng điện đầu ra tác động hệ thống chuông báo động bên ngoài

PHẦN IV:ĐÁNH GIÁ ƯU,NHƯỢC ĐIỂM

CỦA MẠCH

*ƯU ĐIỂM:

_Mạch đơn giản,dễ thực hiện

_Các linh kiện dễ mua trên thị trường

_Có độ nhạy tương đối cao và tuyến tính

_Ứng dụng: Điều khiển từ xa là cái điều khiển từ xa của tivi ,điều khiển các thiết bịkhác như là đèn, quạt, mợ-tơ bơm nước, TV…

_Mạch báo động có thể sai nếu vùng bảo vệ bị xâm nhập bởi các lớp bụi

PHẦN V : KẾT LUẬN

1.Nhận xét và đánh giá kết quả:

Sau khoảng thời gian thực hiện

viên hướng dẫn cùng với sự cố gắng

liệu liên quan Chúng em thấy tuy đây

đề tài , với sự hướng dẫn tận tình của giáo

nỗ lực của bản thân trong việc tìm hiểu tàikhông phải là một đề tài mới nhưng vẫn còn

rất nhiều kiến thức cho chúng em học hỏi và biết cách vận dụng những kiến thức

đó vào thực tế, từ đó rút ra được nhiều kinh nghiệm trong thực tế và nâng thêm tầmhiểu biết của bản thân mình

Qua đề tài này chúng em đã có thêm một phần kiến thức bổ ích vào trongchuyên ngành học tập của mình, từ lý thuyết và thực hành đã kết hợp với nhau đểhoàn thành tốt một đề tài hoàn hảo Tuy nhiên, chúng em cũng gặp không ít khókhăn như : về tài liệu, dụng cụ thực hành, kinh nghiệm thực hành, kinh tế,…vì vậy

đề tài cũng chưa đạt được kết quả cao như ý muốn của người thiết kế

Tuy vậy kiến thức về phần điện tử viễn thông của chúng em có hạn hơn nữaviệc tiếp cận hệ thống vi điều khiển còn mới mẻ nên không tránh khỏi thiếu sót.Rất mong có sự đóng góp nhiệt tình của thầy và các bạn để giúp cho đề tài ngàymột phát triển hơn

2.Ứng dụng và hướng phát triển của đề tài :

Đề tài về cảm biến cháy, khói ngày nay được ứng dụng rất nhiều trong cuộcsống sinh hoạt hằng ngày của con người cũng như trong công nghiệp và nhiều lĩnhvực khác…Được ứng dụng trong các thiết bị dân dụng như : điều khiển quạt, đèn,tivi, máy tính, và các thiết bị điện khác,…

Trong các môi trường làm việc nguy hiểm thì việc lắp đặt các thiết bị cảmbiến cháy, khói là rất cần thiết nó giúp ta phát hiện ra các hiện tượng cháy , khói vàngăn chặn kịp thời như : ở bệnh viện, các siêu thị…

• Hướng phát triển của đề tài :

Ta có thể kết hợp với vi xử lý tạo nên các mạch điện thông minh như:

cùng với các bộ cảm biến khác như cảm biến nhiệt để hoàn thành mạch cảm biếnvới nhiều ứng dụng hoặc có thể kết nối thêm các phần cứng như mạch báo động bằng điện thoại để thông tin về các đám khói cháy được truyền đi nhanh hơn …