Thiết kế lắp ráp mạch chống trộm dùng cảm biến hồng ngoại

Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật nói chung và và ngành công nghệ kỹ thuật Điện Tử nói riêng có nhiều phát triển vượt bậc, góp phần làm cho thế giới ngày càng hiện đại và văn minh hơn, được ứng dụng ở rất nhiều lĩnh vực trong thực tế để phục vụ nhu cầu, chăm sóc sức khỏe, bảo vệ tính mạng và tài sản của con người….. Qua tìm hiểu và xuất phát từ thực tế, tình hình trộm cắp tài sản hiện nay luôn là vấn nạn nhức nhố, đáng báo động. Một loại hình tội phạm đang có chiều hướng gia tăng và ngày càng diễn biến phức tạp. Để đảm bảo trật tự an toàn xã hội, đảm bảo nền văn hóa đậm đà bản sắc của dân tộc, đảm bảo tính mạng sức khỏe và đời sống nhân dân. Bên cạnh việc đề cao cảnh giác chúng ta cần có những biện pháp tích cực để ngăn chặn loại hình tội phạm này. Nhận thấy được tầm quan trọng của vấn nạn này, nhóm em đã thực hiện đề tài “Thiết kế lắp ráp mạch chống trộm dùng cảm biến hồng ngoại” cho môn học Kĩ thuật cảm biến.

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Ngày nay, với phát triển vượt bậc khoa học kỹ thuật nói chung và ngành công nghệ kỹ thuật Điện Tử nói riêng có nhiều phát triển vượt bậc, góp phần làm cho giới ngày đại văn minh hơn, ứng dụng nhiều lĩnh vực thực tế để phục vụ nhu cầu, chăm sóc sức khỏe, bảo vệ tính mạng tài sản người… Qua tìm hiểu xuất phát từ thực tế, tình hình trộm cắp tài sản ln vấn nạn nhức nhố, đáng báo động Một loại hình tội phạm có chiều hướng gia tăng ngày diễn biến phức tạp Để đảm bảo trật tự an tồn xã hội, đảm bảo văn hóa đậm đà sắc dân tộc, đảm bảo tính mạng sức khỏe đời sống nhân dân Bên cạnh việc đề cao cảnh giác cần có biện pháp tích cực để ngăn chặn loại hình tội phạm Nhận thấy tầm quan trọng vấn nạn này, nhóm em thực đề tài “Thiết kế lắp ráp mạch chống trộm dùng cảm biến hồng ngoại” cho môn học Kĩ thuật cảm biến Mạch chống trộm dùng cảm biến hồng ngoại mạch dễ dàng thực hiện, chi phí hợp lí, linh kiện mạch thông dụng, quen thuộc với sinh viên, quen thuộc sống, dễ dàng mua, ứng dụng thực tế giúp ngăn ngừa trộm cắp, tránh thiệt hại người Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu thiết kế lắp ráp mạch chống trộm dùng cảm biến hồng ngoại Mục đích nghiên cứu Thiết kế lắp ráp mạch chống trộm dùng cảm biến hồng ngoại giúp ngăn chặn, hạn chế thiệt hại người tài sản, tránh trộm Phạm vi nghiên cứu Sử dụng IC 555 để phát xung vuông cho mạch phát cảm biến hồng ngoại, cấp nguồn cho toàn mạch hoạt động Sử dụng transistor C1815 để khuếch đại tín hiệu, phân cực điều khiển LED cảnh báo hồng ngoại Sử dụng phần mềm mô thiết kế mạch Proteus Altium 2 Đỗ Hữu Đức Chu Đức Đàm Nguyễn Tiến Dũng Đỗ Hữu Đức PHÂN CHIA CÔNG VIỆC NHÓM -Lý chọn đề tài: kinh tế, linh kiện, kĩ thuật, ứng dụng, -Phân tích nguyên lý hoạt động mạch điện -Phân tích thuận lợi khó khăn đề tài, ưu- nhược điểm đề tài -Đề xuất hướng phát triển cải tiến -Tìm hiểu khái niệm, thơng số kĩ thuật, ứng dụng, kí hiệu, cấu tạo IC 555 -Tìm hiểu khái niệm, thơng số kĩ thuật, ứng dụng, kí hiệu, cấu tạo Transistor C1815 -Thực thiết kế, vẽ sơ đồ nguyên lý phần mềm mơ Proteus Chu Đức Đàm -Tìm hiểu khái niệm, thơng số kĩ thuật, ứng dụng, kí hiệu, cấu tạo điện trở R -Tìm hiểu khái niệm, thơng số kĩ thuật, ứng dụng, kí hiệu, cấu tạo tụ điện C -Tìm hiểu khái niệm, thơng số kĩ thuật, ứng dụng, kí hiệu, cấu tạo nút nhấn RESET -Thực thiết kế, vẽ sơ đồ nguyên lý phần mềm Altium Nguyễn Tiến Dũng -Tìm hiểu khái niệm, thông số kĩ thuật, ứng dụng, kí hiệu, cấu tạo LED hồng ngoại -Tìm hiểu khái niệm, thơng số kĩ thuật, ứng dụng, kí hiệu, cấu tạo biến trở VR -Thực thiết kế, vẽ sơ đồ mạch in 2D, 3D phần mềm Altium -Tổng hợp link web, giáo trình TÀI LIỆU THAM KHẢO 3 Sơ đồ nguyên lý Mạch phát hồng ngoại 3.1 Cơ sở lý thuyết Trong phần này, ta trình bày linh kiện thiết bị cần dùng mạch phát hồng ngoại 3.1.1 IC 555 IC 555 IC tạo xung đa năng, tạo xung vuông đơn giản Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân gọi chân chung Chân số (TRIGGER): chân đầu vào thấp điện áp so sánh dùng chân chốt hay ngõ vào tần so áp Mạch so sánh dùng transistor PNP với mức điện áp chuẩn 2/3 Vcc Chân số (OUTPUT): chân chân dùng để lấy tín hiệu logic Trạng thái tín hiệu xác định theo mức Mức mức cao, tương đương với gần Vcc (PWM=100%) mức tương đương với 0V mà thực tế mức khơng 0V mà khoảng 0.35-0.75V Chân 4(RESET): dùng lập định mức trạng thái Khi chân số nối mass ngõ mức thấp Còn chân nối vào mức điện áp cao trạng thái ngõ tùy theo mức điện áp chân chân Nhưng mà mạch để tạo dao động thường hay nối chân lên Vcc Chân 5(CONTROL VOLTAGE) Dùng làm thay đồi mức áp chuẩn IC 555 theo mức biến áp hay dùng điện trở cho nối GND Chân khơng nối mà để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF tụ lọc nhiễu giữ cho điện áp chuẩn ổn định Chân số 6(THRESHOLD): chân đầu vào so sánh điện áp khác dùng chân chốt Chân số 7(DISCHAGER): xem chân khóa điện tử chịu điều khiển tầng logic chân Khi chân mức áp thấp khóa đóng lại, ngược lại mở Chân tự nạp xả điện cho mạch R-C lúc IC 555 dùng tầng dao động Chân số 8(Vcc) chân cung cấp áp dòng cho IC hoạt động Khơng có chân coi IC chết Nó cấp điện áp từ 2V-18V Tần số tính sau: F= C2 tụ nối với chân số R2 chân chân chân R1 biến trở Thông số kỹ thuật:  Điện áp đầu vào: 4.5-16V  Dòng điện cung cấp: 10mA - 15mA  Điện áp logic mức cao: 0.5 - 15V  Điện áp logic mức thấp: 0.03 - 0.06V  Công suất lớn là: 600mW  Nhiệt độ hoạt động: – 70oC 3.1.2 Trans C1815 Transistor C1815 bóng bán dẫn sử dụng rộng rãi, sử dụng dự án thương mại giáo dục Nó thiết kế để khuếch đại tần số âm OSC tần số cao Điện áp sở thu bóng bán dẫn 50V dễ dàng sử dụng mạch sử dụng 50V DC Dịng thu bóng bán dẫn 150mA điều khiển tải giới hạn 150mA Công suất tiêu tán thu giá trị khuếch đại dòng DC bóng bán dẫn tốt sử dụng lý tưởng cho mục đích khuếch đại âm khuếch đại tín hiệu điện tử Ngồi ra, sử dụng công tắc để điều khiển tải 150mA Transitor C1815 sử dụng giai đoạn khuếch đại âm thanh, khuếch đại âm nhỏ (nếu sử dụng để lái loa nhỏ), tiền khuếch đại giai đoạn tiền khuếch đại Nó sử dụng chuyển đổi mạch điện tử để điều khiển tải 150mA, ví dụ để điều khiển rơle, bóng bán dẫn công suất cao khác, đèn LED công suất thấp phận khác mạch điện tử, v.v Nó sử dụng để tạo cặp darlington Tính / thơng số kỹ thuật:  Loại gói: TO-92  Loại bóng bán dẫn: NPN- trans nghịch  Bộ IC dòng điện tối đa (I C ): 150mA  Điện áp cực đại Collector-Emitter (V CE ): 50V  Điện áp cực đại Collector-Base (V CB ): 60V  Điện áp cực đại cực phát (VEBO): 5V  Max Collector Dissestion (Pc): 400 miliWatt  Tần số chuyển đổi tối đa (fT): 80 MHz  Mức tăng dòng DC tối thiểu tối đa (h FE ): 70 – 700  Lưu trữ tối đa nhiệt độ hoạt động phải là: -55 đến +150 C Bổ sung PNP: Bổ sung PNP C1815 A1015 Thay tương đương: 2N2222, 2N3904, C945, 2SC3198 (cấu hình Pin số bóng bán dẫn khác với C1815 (Nên kiểm tra cấu hình pin bóng bán dẫn trước thay mạch.) Các ứng dụng: - Mạch cảm biến - Bộ tiền khuếch đại âm - Giai đoạn khuếch đại âm - Chuyển đổi tải 150mA - Mạch RF Cách lắp đặt để có hiệu suất cao nhất: Để có hiệu suất dài hạn từ bóng bán dẫn này, khơng nên điều khiển tải 150mA với transistor này, ln vận hành điện áp cực đại thu cực đại, luôn sử dụng điện trở sở phù hợp để cung cấp dòng điện cho bóng bán dẫn, khơng lưu trữ vận hành bóng bán dẫn -55 centigrade +150 C 3.1.3 Điện trở Điện trở ( Resistor ) linh kiện điện tử thụ động với tiếp điểm kết nối, chức dùng để điều chỉnh mức độ tín hiệu, hạn chế cường độ dịng điện chảy mạch, 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 đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dịng điện vật liệu Điện trở định nghĩa tỉ số hiệu điện hai đầu vật thể với cường độ dịng điện qua Ngun lý hoạt động điện trở Theo định luật Ohm: điện áp (V) qua điện trở tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện (I) tỉ lệ số điện trở (R) Công dụng 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 :  Khống chế dịng 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 C Điều chỉnh cường độ dòng điện qua thiết bị điện Tạo nhiệt lượng ứng dụng cần thiết Tạo sụt áp mạch mắc nối tiếp Thông số kỹ thuật:      Model: 10K Ohm - 1/4W Nhiệt độ hoạt động: -55oC – 155oC Linh kiện xuyên lỗ: 0.5mm Loại: Điện trở cố định Sai số: 5% Kí hiệu: 3.1.4 Biến trở Biến trở loại linh kiện dùng để điều chỉnh cường độ dòng điện ứng dụng nhiều thực tế: Điều chỉnh âm tivi, thiết bị loa, độ sáng bóng đèn, tốc độ quay quạt, điều chỉnh vận tốc động Biến trở linh kiện điện trở thay đổi giá trị theo ý muốn khoảng cho phép Chúng sử dụng mạch điện để điều chỉnh hoạt động mạch điện Điện trở thiết bị thay đổi cách thay đổi chiều dài dây dẫn điện thiết bị, tác động khác nhiệt độ thay đổi, ánh sáng xạ điện từ,… Kí hiệu biến trở sơ đồ mạch điện dạng sau: Cấu tạo Biến trở gồm phận chính: – Cuộn dây làm hợp kim có điện trở suất lớn – Con chạy/chân chạy Cho khả chạy dọc cuộn dây để làm thay đổi giá trị trở kháng – Chân ngõ gồm có chân (3 cực) Trong số ba cực này, có hai cực cố định đầu điện trở Các cực làm kim loại Cực lại cực di chuyển thường gọi cần gạt Vị trí cần gạt dải điện trở định giá trị biến trở Nguyên lý hoạt động biến trở Đúng tên gọi làm thay đổi điện trở, nguyên lý hoạt động chủ yếu biến trở dây dẫn tách rời dài ngắn khác Trên thiết bị có vi mạch điều khiển hay núm vặn Khi thực điều khiển núm vặn mạch kín thay đổi chiều dài dây dẫn khiến điện trở mạch thay đổi Thực tế việc thiết kế mạch điện tử ln có khoảng sai số, nên thực điều chỉnh mạch điện người ta phải dùng biến trở, lúc biến trở có vai trị phân áp, phân dịng mạch Ví dụ: Biến trở sử dụng máy tăng âm để thay đổi âm lượng chiếu sáng biến trở dùng để thay đổi độ sáng đèn Ứng dụng biến trở thực tế Một ứng dụng dùng nhiều thực tế biến trở làm áp để thay đổi độ sáng đèn, tăng giảm âm lượng âm Thông số kỹ thuật: - Công suất: 2W - Các giá trị biến trở: 50K - Đường kính trục: 6mm - Chiều dài trục tiêu chuẩn: 20MM - Đường kính ngồi: 24MM - Giá trị hợp lý kháng: ± 10% - Góc quay: 300 độ - Phạm vi nhiệt độ: -10 ° C đến 85 ° C - Vòng đời quay: 15.000 vòng 3.1.5 Tụ điện Tụ điện loại linh kiện điện tử thụ động tạo hai bề mặt dẫn điện ngăn cách điện môi Khi có chênh lệch điện hai bề mặt, bề mặt xuất điện tích điện lượng trái dấu Sự tích tụ điện tích hai bề mặt tạo khả tích trữ lượng điện trường tụ điện Khi chênh lệch điện hai bề mặt điện xoay chiều, tích lũy điện tích bị chậm pha so với điện áp, tạo nên trở kháng tụ điện mạch điện xoay chiều 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 Nguyên lý hoạt động tụ điện Nguyên lý phóng nạp tụ điện hiểu khả tích trữ lượng điện ắc quy nhỏ dạng lượng điện trường Nó lưu trữ hiệu electron phóng điện tích để tạo dịng điện Nhưng khơng có khả sinh điện tích electron Đây điểm khác biệt lớn tụ điện với ắc qui Nguyên lý nạp xả tụ điện tính chất đặc trưng điều nguyên lý làm việc tụ điện Nhờ tính chất mà tụ điện có khả dẫn điện xoay chiều Nếu điện áp hai mạch không thay đổi đột ngột mà biến thiên theo thời gian mà ta cắm nạp xả tụ dễ gây tượng nổ có tia lửa điện dịng điện tăng vọt Đây nguyên lý nạp xả tụ điện phổ biến Kí hiệu: Thơng số kỹ thuật: - Điện dung: 10 uF- tụ hóa; 103- tụ gốm - Điện áp: 16V - Nhiệt độ hoạt động: - 55°C 125°C - Loại: Tụ phân cực Tụ điện có ứng dụng sau: - Cho điện áp xoay chiều qua ngăn điện áp chiều lại - Loc điện áp xoay chiều sau chỉnh lưu - Tụ hoá (trị số lớn) thường lắp mạch âm tần hoăc lọc nguồn điện có tần số thấp 3.1.6 Nút nhấn BUTTON Nút ấn loại công tắc đơn giản điều khiển hoạt động máy số loại trình Hầu hết, nút nhấn nhựa kim loại Hình dạng nút ấn phù hợp với ngón tay bàn tay để sử dụng dễ dàng Tất phụ thuộc vào thiết kế cá nhân Nút ấn có loại nút nhấn thường mở nút nhấn thường đóng Ngun lí làm việc nút nhấn Nút nhấn có ba phần: Bộ truyền động, tiếp điểm cố định rãnh Bộ truyền động qua tồn cơng tắc vào xy lanh mỏng phía Bên tiếp điểm động lò xo Khi nhấn nút, chạm vào tiếp điểm tĩnh làm thay đổi trạng thái tiếp điểm Trong số trường hợp, người dùng cần giữ nút nhấn liên tục để thiết bị hoạt động Với nút nhấn khác, chốt giữ nút bật người dùng nhấn nút lần Ứng dụng Công tắc nút nhấn sử dụng nhiều ứng dụng khác máy tính, điện thoại nút nhấn nhiều thiết bị gia dụng Bạn nhìn thấy chúng nhà, văn phịng ứng dụng cơng nghiệp ngày Chúng bật, tắt máy làm cho thiết bị thực hoạt động cụ thể, trường hợp với máy tính Trong số trường hợp, nút nhấn kết nối thơng qua liên kết học, điều khiển nút nhấn khác hoạt động Đa số, nút có màu sắc cụ thể để biểu thị mục đích chúng Ví dụ nút màu xanh thường sử dụng để bật thiết bị hay nút nhấn màu đỏ để tắt thiết bị Điều tránh gây nên sô nhầm lẫn Nút dừng khẩn cấp thường nút ấn lớn, thường có màu đỏ có đầu lớn để sử dụng dễ dàng 3.1.7 LED hồng ngoại LED thu phát hồng ngoại chất giống diode phát quang thông thường Tuy nhiên chúng có khác biệt bước sóng phát khơng nằm vùng ánh sáng nhìn thấy Chính lý mà mắt thường khó quan sát LED phát hồng ngoại phát ánh sáng Dựa vào tính chất nằm ngồi dải ánh sáng nhìn thấy nên chúng bị nhiễu ánh sáng thông thường Điều đặc biệt chúng không phát ánh sáng lên ứng dụng nhiều máy móc cần hoạt động vào ban đêm Nguyên lý hoạt động LED thu phát hồng ngoại Giống tất loại đèn LED có thị trường, nguyên lý LED thu phát hồng ngoại sử dụng điốt nhiều chất bán dẫn đơn giản Điốt ln có thiết kế cho dịng điện chạy theo hướng Khi dòng điện chạy, electron rơi từ phần diode vào lỗ phần khác Để rơi vào lỗ này, electron phải làm lượng dạng photon tạo ánh sáng Bước sóng màu sắc ánh sáng tạo phụ thuộc vào vật liệu sử dụng diode Đèn LED phát hồng ngoại sử dụng vật liệu tạo ánh sáng phần hồng ngoại quang phổ, tức là, mắt người nhìn thấy Đèn LED hồng ngoại khác tạo ánh sáng hồng ngoại bước sóng khác nhau, giống đèn LED khác tạo ánh sáng có màu sắc khác Ứng dụng LED thu phát hồng ngoại Sản phẩm ứng dụng nhiều camera hồng ngoại, điều khiển từ xa thiết bị điện tử dân dụng , cảm biến phát sản phẩm dây chuyền sản xuất, cảm biến dị đường robot….nhìn tổng quan lại sản phẩm đèn LED sử dụng nhiều để phát loại tia hồng ngoại cảm biến – Sử dụng để truyền liệu thiết bị điện tử cách dễ dàng, nhanh chóng – Điện thoại di động, trợ lý kỹ thuật số cá nhân (PDA) số máy tính xách tay có đèn LED thu hồng ngoại thiết kế để truyền liệu tầm ngắn – Một số bàn phím khơng dây chuột máy tính sử dụng đèn LED thu để thay cáp – Robot sử dụng đèn để phát vật thể số đồng hồ tiện ích chí cịn để truyền liệu đến công cụ để đọc đồng dàng… 3.2 Phân tích nguyên lý hoạt động mạch phát hồng ngoại Mạch dựa IC hẹn NE555, hoạt động đa hài đơn ổn tạo xung 12KHz Các xung đầu IC 555 khuếch đại TRANS C1815 để điều khiển hai đèn LED phát hồng ngoại nối tiếp Các điện trở R1, R2 tụ điện C2 xác định tần số hoạt động IC Mạch bắt đầu phát xung VNG nhấn cơng tắc nút RESET 3.3 Thiết kế mô Mạch nguyên lý thiết kế phần mềm Altium Mạch in 2D thiết kế phần mềm Altium Mạch in 3D thiết kế phần mềm Altium Mạch in PCB Mạch nguyên lý thiết kế phần mềm mô Proteus THUẬN LỢI-KHÓ KHĂN KHI THỰC HIỆN ĐỀ TÀI -THUẬN LỢI: Mạch thiết kế yêu cầu, hợp lí, bố cục mạch dễ nhìn, khoa học, khơng câu dây, chồng chéo lên Đề tài cung cấp thêm kiến thức linh kiện điện tử, vấn đề Điện tử Giúp sinh viên nâng cao khả sử dụng phầm mềm điện tử Altium, Proteus -KHĨ KHĂN: Do tình hình dịch bệnh phức tạp, nên đề tài dừng lại mức độ mô phần mềm, chưa thể thực board mạch, chưa có sản phẩm thực tế 5 ỨNG DỤNG CỦA SẢN PHẨM TRONG THỰC TẾ Mạch thu phát hồng ngoại ứng dụng nhiều thực tế thiết bị chống trộm có khóa cửa điện tử ứng dụng mạch thiết bị an ninh Mạch Phát Hồng Ngoại thiết kế cho việc giao tiếp qua tín hiệu hồng ngoại với ứng dụng rộng rãi Tín hiệu ánh sáng hồng ngoại sử dụng ánh sáng ánh sáng bình thường, ánh sáng hồng ngoại phản chiếu qua gương đặc biệt mắt người khơng thể nhìn thấy bước sóng hồng ngoại -Chống trộm, cảnh báo, phát người, vật, đèn đường, đèn ngủ, đèn chiếu sáng -Bộ điều khiển từ xa…… TÀI LIỆU THAM KHẢO https://dientutuonglai.com/so-do-khoi-nguyen-ly-lam-viec-cau-hinh2 chan-ic-555.html https://tktech.vn/transistor-c1815/ https://thegioidienco.vn/dien-tro-la-gi.html https://doluongtudong.com/bien-tro-la-gi/ https://congnghedoluong.com/2020/05/26/tu-dien-la-gi/ https://dientutuonglai.com/tim-hieu-nut-nhan.html https://homegy.vn/led-thu-phat-hong-ngoai ... động IC Mạch bắt đầu phát xung VUÔNG nhấn công tắc nút RESET 3.3 Thiết kế mô Mạch nguyên lý thiết kế phần mềm Altium Mạch in 2D thiết kế phần mềm Altium Mạch in 3D thiết kế phần mềm Altium Mạch. .. board mạch, chưa có sản phẩm thực tế 5 ỨNG DỤNG CỦA SẢN PHẨM TRONG THỰC TẾ Mạch thu phát hồng ngoại ứng dụng nhiều thực tế thiết bị chống trộm có khóa cửa điện tử ứng dụng mạch thiết bị an ninh Mạch. .. ninh Mạch Phát Hồng Ngoại thiết kế cho việc giao tiếp qua tín hiệu hồng ngoại với ứng dụng rộng rãi Tín hiệu ánh sáng hồng ngoại sử dụng ánh sáng ánh sáng bình thường, ánh sáng hồng ngoại phản chiếu