ĐỒ án điện tử CÔNG SUẤT đề tài THIẾT kế MẠCH cảm BIẾN ÁNH SÁNG BẰNG QUANG TRỞ

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP -o0o - ĐỒ ÁN : ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT Đề tài: THIẾT KẾ MẠCH CẢM BIẾN ÁNH SÁNG BẰNG QUANG TRỞ GVHD: Th.S NGUYỄN HỮU PHƯỚC SVTH: DƯƠNG TẤN SANG LÊ QUANG VINH LỚP: CĐTĐ19A MSSV: 0309191077 0309191108 Tp HCM, tháng năm 2021 LỜI CẢM ƠN Trước tiên chúng em xin gửi lời cảm biết ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Hữu Phước – Giảng viên môn Điện tử cơng nghiệp nhiệt tình giúp đỡ hướng dẫn chúng em thực đề tài Thầy tận tình bảo, giúp đỡ nhóm suốt thời gian thực người giúp nhóm đưa ý tưởng, kiểm tra phù hợp đề tài Em xin cảm ơn gia đình, bạn bè người thân bên để động viên nguồn cổ vũ lớn lao, động lực giúp em hoàn thành đề tài Mặc dù cố gắng hoàn thành đề tài phạm vi khả Tuy nhiên khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận thơng cảm tận tình bảo q thầy toàn thể bạn Xin chân thành cảm ơn! NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN  Tp HCM, ngày tháng năm 20… Giảng viên hướng dẫn Mục Lục CHƯƠNG TỔNG QUAN, GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 GIỚI THIỆU VỀ MẠCH CẢM BIẾN ÁNH SÁNG 1.1.1 Phân tích nhu cầu cần thiết mạch .7 1.1.2 Các sản phẩm có thị trường 1.2 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH 1.3 MỤC TIÊU YÊU CẦU CỦA MẠCH 1.4 NỘI DUNG ĐỀ TÀI .9 1.5 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU .9 1.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT CƠ SỞ VÀ LINH KIỆN 10 2.1 Giới thiệu linh kiện 10 2.1.1 Quang trở 10 Quang trở (LDR) gì? 10 Cấu tạo .10 2.1.2 Transistor (A1015) 11 2.1.3 Transistor UJT ( 2N2646 ) 13 2.1.4 DIODE ZENER 16 2.1.6 ĐIỆN TRỞ 20 Công dụng chung điện trở ? 21 2.1.7 DIODE CẦU 22 2.1.8 OPTO ( MOC 3062 ) .23 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 24 3.1 Lựa chọn linh kiện mạch 24 3.2 Sơ đồ ngyên lí nguyên lí hoạt động 24 3.3 Thiết kế thi công mạch 24 CHƯƠNG 4: KẾ LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 29 4.1 Kết luận .29 4.2 Hướng phát triển đề tài 29 Mục lục hình ảnh Hình 2.1 Sơ đồ khối mạch .8 Hình 2.2 Cấu tạo, ký hiệu 10 Hình 2.3 Transistor A1015 12 Hình 2.4 Sơ đồ chân Transistor A1015 12 Hình 2.5 Cấu tạo ký hiệu .14 Hình 2.6 Nguyên lý hoạt động Transistor UJT .15 Hình 2.7 Diode Zener kí hiệu 16 Hình 2.8 Tụ điện 18 Hình 2.9 Cấu tạo kí hiệu 19 Hình 2.10 Điện trở kí hiệu .20 Hình 2.11 Diode cầu nguyên lý hoạt động 22 Hình 2.12 MOC3062 sơ đồ chân .23 Lời nói đầu Trong sống ngày nay, điện phần thiếu Hầu hết tất đồ dùng gia đình, thiết bị chiếu sáng, điện thoại máy móc cơng nghiệp sử dụng điện Nhưng điện nguồn lượng vô hạn, chúng cạn dần theo thời gian Chính điện cần dụng cách thích hợp tiết kiệm Đèn cảm biến ánh sáng đời dựa nhu cầu tiết kiệm điện không tốn công sức việc điều khiển hệ thống chiếu sáng Vì nhóm em thực đồ án “Đèn cảm biến ánh sáng quang trở” Nhằm mục đích đảm bảo nhu cầu chiếu sáng đồng thời tiết kiệm điện công sức người CHƯƠNG TỔNG QUAN, GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 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 cơng 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 tiết kiệm thời gian, không cần sạc Trang Chương 1: Tổng quan, giới thiệu đề tài 1.2 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH Hình 2.1 Sơ đồ khối mạch  Khối chỉnh lưu : sử dụng nguồn 220V qua cầu điode trở thành 12V cung cấp cho mạch  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) 1.3 MỤC TIÊU YÊU CẦU CỦA 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 Ngồi cịn 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) Trang đột ngột (nếu ánh sáng nhân tạo) Tín hiệu đầu tín hiệu quang, cụ thể ánh sáng đèn dây tóc Chương 1: Tổng quan, giới thiệu đề tài 1.4 NỘI DUNG ĐỀ TÀI  Tìm hiểu nguyên lý hoạt động mạch  Thiết kế, thi công mạch 1.5 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Đề tài dừng lại việc nghiên cứu nguyên lý thay đổi độ sáng đèn dựa vào độ sáng môi trường bên ( mặt trời, đèn,…) mà cảm biến quang trở nhận 1.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Tham khảo tài liệu mạng, sách thư viện Trang Chương 2: Lý thuyết sở  Ứng dụng transistor Vì chi phí sản xuất thấp đặc tính độc đáo mà UJT sở hữu nên ứng dụng nhiều thực tế Điển người ta sử dụng UJT tạo dao động, tạo xung, mạch kích hoạt, điều khiển pha, tạo cưa, mạch thời gian nguồn cung cấp điều chỉnh điện áp hay dòng điện… 2.1.4 DIODE ZENER  Diode zener gì? Diode zener (Hay cịn gọi Điốt zener ,“Điốt đánh thủng” Điốt ổn áp) loại diode thường ứng dụng chế độ phân cực ngược vùng điện áp đánh thủng (Breakdown) Nó cấu tạo cho phân cực ngược diode zener cố định mức điện áp gần giá trị ghi diode, làm ổn áp cho mạch  Cấu tạo Diode Zener Cấu tạo diode zener có hai lớp bán dẫn P – N Chất N P khuếch tán với Vùng tiếp giáp N P phủ lớp Silicon Dioxide (SiO2) Bên diode zener phủ lớp mạ kim loại để tạo kết nối cực âm cực dương Hình 2.7 Diode Zener kí hiệu  Thơng số kỹ thuật Diode Zener Một số thông số kỹ thuật sử dụng cho Diode zener sau: Trang 16 Chương 2: Lý thuyết sở – Điện áp Vz: Là điện áp diode zener trường hợp điện áp gặp phải cố đảo ngược 2.4 V đến khoảng 200 V (Thậm chí lên tới kV) mà mức điện áp tối đa thiết bị gắn thiết bị khoảng 47 V – Dòng điện tối thiểu: Là mức dòng điện nhỏ để diode phá vỡ mA 10 mA – Dòng điện tối đa: Là mức dòng điện lớn điện áp zener định mức Vz từ 200 uA đến 200 A – Công suất: Công suất diode zener thường có giá trị 400 mW, 500 mW, W W Đối với công suất diode có bề mặt gắn chúng thường có giá trị 200 mW, 350 mW, 500 mW W Trong đó, cơng thức tính cơng suất diode xác định cách lấy điện áp nhân dòng điện – Dung sai điện áp: Dung sai diode zener thường dao động ± 5% – Nhiệt độ ổn định: Mức điện áp có nhiệt độ ổn định diode zener 5V – Điện trở zener (Rz): Được thể từ đặc tính IV.   Nguyên lý hoạt động Diode Zener - Khi diode zener mắc ngược chiều điện áp mạch lớn mức điện áp định mức diode diode cho dịng điện qua Ngược lại, điện áp mạch nhỏ điện áp định mức diode diode khơng cho dịng điện qua - Đối với diode zener phân cực thuận hoạt động diode thơng thường (Có điện áp bật từ 0,3 đến 0,7 V) Còn diode zener phân cực nghịch ban đầu có dịng điện thật nhỏ qua diode tăng điện áp nghịch lên đến điện áp đánh thủng xác định trước: VNgược = Vz (Vz: điện áp Zener) dịng điện qua diode tăng đến mức tối đa giữ nguyên hiệu điện hai đầu diode, gọi hiệu zener  Ứng dụng diode Zener Diode Zener sử dụng để điều chỉnh điện áp, yếu tố tham chiếu, triệt xung ứng dụng chuyển mạch mạch clipper… Trang 17 Chương 2: Lý thuyết sở mạch điện tử: mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động vv… Ký hiệu: Tụ điện có ký hiệu C viết tắt Capacitior Đơn vị tụ điện:  Fara (F), Trong : Fara: 1F = 10-6MicroFara = 10-9 Nano Fara = 10-12 Pico Fara Tụ điện linh kiện có cực thụ động lưu trữ lượng điện Hay tích tụ điện tích bề mặt dẫn điện điện trường bề mặt dẫn điện tụ điện ngăn cách điện môi (dielectric) không dẫn điện như: Giấy, giấy tẩm hoá chất, gốm, mica… Khi bề mặt có chênh lệch điện thế, cho phép dòng điện xoay chiều qua Các bề mặt có điện tích điện lượng trái dấu Hình 2.8 Tụ điện  Cấu tạo tụ điện Một tụ điện thơng thường có cấu tạo bao gồm: - Tụ điện gồm hai dây dẫn điện thường dạng kim loại Hai bề mặt đặt song song với ngăn cách lớp điện môi - Điện môi sử dụng cho tụ điện chất không dẫn điện gồm thủy tinh, giấy, giấy tẩm hóa chất, gốm, mica, màng nhựa khơng khí Các điện mơi khơng dẫn điện nhằm tăng khả tích trữ lượng điện tụ điện Trang 18 Chương 2: Lý thuyết sở Hình 2.9 Cấu tạo kí hiệu  Nguyên lý hoạt động tụ điện Nguyên lý phóng nạp tụ điện hiểu khả tích trữ lượng điện ắc qui nhỏ dạng lượng điện trường Nó lưu trữ hiệu electron phóng điện tích để tạo dòng điện.  Nhưng điểm khác biệt lớn tụ điện với ắc qui tụ điện khơng có khả sinh điện tích electron Nguyên lý nạp xả tụ điện tính chất đặc trưng nguyên lý hoạt động tụ điện Nhờ tính chất mà tụ điện có khả dẫn điện xoay chiều  Cơng dụng Từ nguyên lý hoạt động tụ điện để áp dụng vào cơng trình điện riêng, hay nói cách khác có nhiều cơng dụng, có cơng dụng là: - Khả lưu trữ lượng điện, lưu trữ điện tích hiệu tác dụng biết đến nhiều Nó giống cơng dụng lưu trữ ắc-qui Tuy nhiên, ưu điểm lớn tụ điện lưu trữ mà không làm tiêu hao lượng điện - Công dụng tụ điện  cho phép điện áp xoay chiều qua, giúp tụ điện dẫn điện điện trở đa Đặc biệt tần số điện xoay chiều (điện dung tụ lớn) dung kháng nhỏ Hỗ trợ đắc lực cho việc điện áp lưu thông qua tụ điện Trang 19 Chương 2: Lý thuyết sở - Với nguyên lý hoạt động tụ điện khả nạp xả thông minh, ngăn điện áp chiều, cho phép điện áp xoay chiều lưu thơng giúp truyền tí hiệu tầng khuyếch đại có chênh lệch điện Trang 18 Chương 2: Lý thuyết sở - Công dụng bật thứ tụ điện có vai trị lọc điện áp xoay chiều thành điện áp chiều phẳng cách loại bỏ pha âm  Những ứng dụng tụ điện áp dụng sống: - Tụ điện sử dụng phổ biến kỹ thuật điện điện tử - Ứng dụng hệ thống âm xe hơi:  tụ điện lưu trữ lượng cho khuyếch đại - Tụ điện để xây dựng nhớ kỹ thuật số động cho máy tính nhị phân sử dụng ống điện tử - Tụ điện sử dụng chế tạo đặc biệt vấn đề quân sự, ứng dụng tụ điện dùng máy phát điện, thí nghiệm vật lý, radar, vũ khí hạt nhân,… 2.1.6 ĐIỆN TRỞ  Điện trở gì? Điện trở hay cịn gọi là Resistor là một linh kiện điện tử thụ động gồm tiếp điểm kết nối, chúng thường dùng để hạn chế cường độ dòng điện chạy mạch, điều chỉnh mức độ tín hiệu, dùng để chia điện áp, kích hoạt linh kiện điện tử chủ động transistor, tiếp điểm cuối đường truyền điện có nhiều ứng dụng khác Điện trở cơng suất tiêu tán lượng lớn điện chuyển sang nhiệt có điều khiển động cơ, hệ thống phân phối điện Các điện trở thường có giá trị trở kháng cố định, bị thay đổi nhiệt độ điện áp hoạt động Hình 2.10 Điện trở kí hiệu Trang 20 Chương 2: Lý thuyết sở  Nguyên lý hoạt động điện trở ? Điện trở hoạt động theo nguyên lý định luật Ohm, định luật nói phụ thuộc vào cường độ dịng điện của hiệu điện thế và điện trở Nội dung định luật cho cường độ dòng điện qua điểm vật dẫn điện tỷ lệ thuận với hiệu điện qua điểm đó, với vật dẫn điện có điện trở số, ta có phương trình tốn học mơ tả mối quan hệ sau: Trong đó:  I cường độ dịng điện qua vật dẫn (A – Ampere)  V (trong chương trình phổ thơng, V cịn ký hiệu U) điện áp vật dẫn (đơn vị volt)  R điện trở (đơn vị: ohm) Giả sử có điện trở có giá trị 300 Ohm nối vào điện áp chiều có giá trị 12V Lúc cường độ dòng điện qua điện trở 12 / 300 = 0.04 Amperes Đơn vị điện trở: điện trở thường có đơn vị Ohm (ký hiệu: Ω) đơn vị hệ SI được đặt theo tên Georg Simon Ohm Một Ohm tương đương với vôn/ampere Các điện trở có nhiều giá trị khác gồm milliohm (1 mΩ = 10−3 Ω), kilohm (1 kΩ = 103 Ω), megohm (1 MΩ = 106 Ω) Bên cạnh điện trở phụ thuộc vào hệ thức liên quan đến chiều dài như: R = ρ.L / S Trong đó:  Trong ρ điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệu  L chiều dài dây dẫn  S tiết diện dây dẫn  R điện trở đơn vị Ohm  Công dụng chung điện trở ? Điện trở có mặt nơi thiết bị điện tử điện trở linh kiện quan trọng thiếu mạch điện , điện trở có tác dụng sau : Trang 21 Chương 2: Lý thuyết sở  Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp, Ví dụ có bóng đèn 9V, ta có nguồn 12V, ta đấu nối tiếp bóng đèn với điện trở để sụt áp bớt 3V điện trở  Mắc điện trở thành cầu phân áp để có điện áp theo ý muốn từ điện áp cho trước  Phân cực cho bóng bán dẫn hoạt động  Tham gia vào mạch tạo dao động R CĐiều chỉnh cường độ dòng điện qua thiết bị điện  Tạo nhiệt lượng ứng dụng cần thiết  Tạo sụt áp mạch mắc nối tiếp 2.1.7 DIODE CẦU  Diode cầu ? Thực Diode cầu cách gọi khác bạn thực lắp đặt đồng thời Diode mắc nối với Thông thường chúng dùng với mục đích chuyển đổi điện xoay chiều thành điện chiều chu kỳ bán kỳ Hình 2.11 Diode cầu nguyên lý hoạt động - Trong nửa chu kỳ (+) diode dạng sóng AC đầu vào D1 D2 phân cực thuận, D3 D4 phân cực ngược Khi điện áp đến điện áp ngưỡng D1 D2 lúc dòng tải qua hiển thị hình với đường dẫn màu đỏ - Ở nửa chu kỳ (-) dạng sóng AC đầu vào, Diode D3 D4 phân cực thuận, D1 D2 phân cực ngược Dòng tải lúc chạy qua D3 D4.  Trang 22 Chương 2: Lý thuyết sở 2.1.8 OPTO ( MOC 3062 )  Opto gì? Opto linh kiện hay gặp bo mạch nguồn xung Chúng có nhiệm vụ hồi tiếp tín hiệu điện áp đầu đưa băm xung Ưu điểm opto cách ly điện áp mạch đầu vào đầu Hình 2.12 MOC3062 sơ đồ chân Trang 23 Chương 3: Thiết kế thi cơng mạch CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MẠCH 3.1 Lựa chọn linh kiện mạch 3.2 Sơ đồ ngyên lí nguyên lí hoạt động 3.3 Thiết kế thi công mạch Trang 24 Chương 3: Thiết kế thi công mạch Trang 25 Chương 3: Thiết kế thi công mạch Trang 26 Chương 3: Thiết kế thi công mạch Trang 27 Chương 3: Thiết kế thi công mạch Trang 28 `Chương : Kết luận hướng phát triển đề tài CHƯƠNG 4: KẾ LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 4.1 Kết luận Sau hoàn thành đồ án thiết kế lắp đặt mạch tự động bật/tắt điều chỉnh đèn dùng cảm biến ánh sáng thành cơng, nhóm thấy mạch hồn chỉnh, bên cạnh cịn số điểm cần phải phát triển Mạch tự động bật / tắt đèn theo ánh sáng mạch đơn giản ứng dụng thực tế nhiều lĩnh vực đèn đường, nhà kho trang Với giá thành để tạo sản phẩm hoàn chỉnh rẻ mạch hoạt động ổn định 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 Mặc dù cịn 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 công mạch cần cẩn trọng không chạm vào linh kiên cấp nguồn 4.2 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, Trang 29 ... 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. .. lý quang dẫn Hay hiểu điện trở thay đổi giá trị theo cường độ ánh sáng.   Quang trở sử dụng nhiều mạch cảm biến ánh sáng, đèn đường, báo động ánh sáng, đồng hồ trời,…  Cấu tạo Cấu tạo quang trở. .. hợp tiết kiệm Đèn cảm biến ánh sáng đời dựa nhu cầu tiết kiệm điện không tốn công sức việc điều khiển hệ thống chiếu sáng Vì nhóm em thực đồ án “Đèn cảm biến ánh sáng quang trở? ?? Nhằm mục đích