THIẾT kế MẠCH cảm BIẾN ÁNH SÁNG bật tắt đèn tự ĐỘNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Đề Tài : THIẾT KẾ MẠCH CẢM BIẾN ÁNH SÁNG BẬT TẮT ĐÈN TỰ ĐỘNG Giảng viên hướng dẫn : Trần Xuân Tiến Nhóm thực : Trần Văn Cơng Nguyễn Việt Bách Lớp : 122202 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, người với ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến giới, thay đổi, văn minh đại Sự phát triển kỹ thuật điện tử tạo hàng loạt thiết bị với đặc điểm bật xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ Đó yếu tố cần thiết góp phần cho hoạt động sản xuất, sinh hoạt người đạt hiệu ngày cao Điện tử trở thành ngành khoa học đa nhiệm vụ Điện tử đáp ứng địi hỏi khơng ngừng ngành, lĩnh vực khác nhu cầu thiết yếu người sống hàng ngày Ngày nhu cầu người ngày cao điều kiện thuận lợi cho nghành điện tử phát triển sản phẩm có tính ứng dụng cao sống Xuất phát từ nhu cầu ứng dụng, chúng em thiết kế mạch điều khiển, “MẠCH CẢM BIẾN ÁNH SÁNG BẬT TẮT ĐÈN TỰ ĐỘNG ” Nội dung báo cáo gồm Chương: Chương Chương Chương Chương 1: 2: 3: 4: Tổng quan đề tài Cơ sở lý thuyết Tính tốn thiết kế thi cơng mạch Kết luận Mặc dù cố gắng hoàn thành báo cáo khơng tránh khỏi thiếu sót mong thầy bạn đóng góp ý kiến để nhóm hồn thiện hơn.Chúng em xin chân thành cảm ơn NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hưng Yên, Ngày Tháng Năm 2021 Giáo viên hướng dẫn Mục Lục CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Lí chọn đề tài Ngành điện tử ngành quan trọng góp phần vào phát triển đất nước Sự phát triển nhanh chóng khoa học – cơng nghệ làm cho ngành điện tử ngày phát triển đạt nhiều thành tựu Nhu cầu người ngày cao điều kiện thuận lợi cho ngành điện tử phải không ngừng phát minh sản phẩm có tính ứng dụng cao, sản phẩm có tính năng, có độ bền độ ổn định ngày cao Mạch cảm biến ánh sáng bật tắt đèn tự động số đó, sơ đồ mạch đơn giản, phần tử mạch bán nhiều thị trường, giá thành rẻ đặc biệt ứng dụng mạch cao 1.2Mục tiêu đề tài - Tìm hiểu nguyên lý, chức tác dụng mạch đèn - Tìm hiểu chức năng, tác dụng linh kiện thiết bị điện tử - Hoàn thành sản phẩm mạch cảm biến ánh sáng tự động bật tắt đèn - Rèn luyện cho sinh viên cách tự học, đôi với thực hành khả làm việc theo nhóm 1.3Kế hoạch thực - Bước 1: Tìm hiểu lý thuyết chung mạch điều khiển động bước Bao gồm nguyên tắc hoạt động mạch số mạch để đưa lựa chọn tốt cho đề tài làm đồ án - Bước 2: Tìm hiểu linh kiện, thiết bị điện tử sử dụng mạch trên, từ tính tốn lựa chọn linh kiện, thiết bị đạt yêu cầu sử dụng mạch - Bước 3: Tìm hiểu cách sử dụng phần mềm vẽ mạch Tina , Proteus từ đưa cách vẽ mạch điều khiển động bước hoàn thành mạch in mạch - Bước 4: Sau có mạch in tiến hành thi cơng hoàn thành sản phẩm CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Điện trở a)Khái niệm: Điện trở hay Resistor linh kiện điện tử thụ động mạch điện, hiệu điện hai đầu tỉ lệ với cường độ dịng điện qua theo định luật ohm: V=IR b) Ký hiệu: theo hai tiêu chuẩn US EU c) Hình dạng thực tế 2.2 Tụ điện 2.2.1 Cấu tạo Cấu tạo tụ điện gồm hai cực đặt song song, có lớp cách điện gọi điện mơi Hình ảnh cấu tạo: Hình ảnh cấu tạo 2.2.2 Phân loại Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi tụ điện phân loại theo tên gọi chất điện môi như: Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ hoá 2.2.3 Ký hiệu hình dạng thực tế a) Ký hiệu : Tụ điện có ký hiệu C (Capacitor) b) Hình dạng thực tế: Hình dạng tụ gốm Hình dạng tụ hoá 2.2.4 Điện dung đơn vị a)Khái niệm điện dung Điện dung : Là đại lượng nói lên khả tích điện hai cực tụ điện, điện dung tụ điện phụ thuộc vào diện tích cực, vật liệu làm chất điện mơi khoảng cách giữ hai cực theo công thức C=ξ.S/d Trong C : điện dung tụ điện , đơn vị Fara (F) • ξ : Là số điện mơi lớp cách điện • d : chiều dày lớp cách điện • S : diện tích cực tụ điện b) Đơn vị Đơn vị điện dung tụ : Đơn vị Fara (F) , 1Fara lớn thực tế thường dùng đơn vị nhỏ hn nh MicroFara (àF), NanoFara (nF), PicoFara (pF) ã Fara = 1.000.000 µ Fara = 1.000.000.000 n F = 1.000.000.000.000 p F ã Fara = 1.000 n Fara • n Fara = 1.000 p Fara 2.2.5 Sự phóng, nạp tụ điện Một tính chất quan trọng tụ điện tính chất phóng nạp tụ , nhờ tính chất mà tụ có khả dẫn điện xoay chiều Sự nạp phóng điện tụ a)Tụ nạp điện Như hình ảnh ta thấy , cơng tắc K1 đóng, dịng điện từ nguồn U qua bóng đèn để nạp vào tụ, dịng nạp làm bóng đèn l sáng, tụ nạp đầy dịng nạp giảm bóng đèn tắt b) Tụ phóng điện Khi tụ nạp đầy, công tắc K1 mở, công tắc K2 đóng dịng điện từ cực dương (+) tụ phóng qua bóng đền cực âm (-) làm bóng đèn l sáng, tụ phóng hết điện bóng đèn tắt => Nếu điện dung tụ lớn bóng đèn l sáng lâu hay thời gian phóng nạp lâu 2.3 Diode 2.3.1 Cấu tạo Diode bán dẫn Khi có hai chất bán dẫn P N , ghép hai chất bán dẫn theo tiếp giáp P - N ta Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm:Tại bề mặt tiếp xúc, điện tử dư thừa bán dẫn N khuyếch tánsang vùng bán dẫn P để lấp vào lỗ trống => tạo thành lớp Iontrung hoà điện => lớp Ion tạo thành miền cách điện giữahai chất bán dẫn Mối tiếp xúc P - N => Cấu tạo Diode Ở hình mối tiếp xúc P - N cấu tạo Diode bán dẫn Ký hiệu hình dáng Diode bán dẫn 2.3.2 Phân cực thuận cho Diode Khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt (vùng bán dẫn P) điện áp âm (-) vào Katôt (vùng bán dẫn N) , tác dụng tương tác điện áp, miền cách điện thu hẹp lại, điện áp chênh lệch giữ hai cực đạt 0,6V (với Diode loại Si) 0,2V (với Diode loại Ge) diện tích miền cách điện giảm không => Diode bắt đầu dẫn điện Nếu tiếp tục tăng điện áp nguồn dịng qua Diode tăng nhanh chênh lệch điện áp hai cực Diode không tăng (vẫn giữ mức 0,6V) Diode (Si) phân cực thuận - Khi Dode dẫn điện áp thuận đựơc gim mức 0,6V Đường đặc tuyến điện áp thuận qua Diode Kết luận : Khi Diode (loại Si) phân cực thuận, điện áp phân cực thuận < 0,6V chưa có dịng qua Diode, Nếu áp phân cực thuận đạt = 0,6V có dịng qua Diode sau dịng điện qua Diode tăng nhanh sụt áp thuận giữ giá trị 0,6V 2.3.3 Phân cực ngược cho Diode Khi phân cực ngược cho Diode tức cấp nguồn (+) vào Katôt (bándẫn N), nguồn (-) vào Anôt (bán dẫn P), tương tác điện áp ngược, miềncách điện rộng ngăn cản dòng điện qua mối tiếp giáp, Diode chịu điện áp ngược lớnkhoảng 1000V diode bị đánh thủng Diode bị cháy áp phân cực ngựơc tăng ≥ 1000V 2.3.4 Ứng dụng Diode bán dẫn Do tính chất dẫn điện chiều nên Diode thường sử dụng mạch chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành chiều, mạch tách sóng, mạch gim áp phân cực cho transistor hoạt động mạch chỉnh lưu Diode tích hợp thành Diode cầu có dạng 2.4 NE555 2.4.1 Nguồn gốc NE555 IC thời gian 555 du nhập vào năm 1971 cơng ty Signetics Corporation dịng sản phẩm SE555/NE555 gọi máy thời gian loại có Nó cung cấp cho nhà thiết kế mạch điện tử với chi phí tương đối rẻ, ổn định mạch tổ hợp cho ứng dụng cho đơn ổn không ổn định Từ thiết bị làm với tính thương mại hóa 10 năm qua số nhà sản suất ngừng sản suất loại IC cạnh tranh lý khác Tuy cơng ty khác lại sản suất dịng IC 555 sử dụng phổ biến mạch tạo xung, đóng cắt mạch dao động khác 2.4.2 Thông số + Điện áp đầu vào : - 18V ( Tùy loại 555 : LM555, NE555, NE7555 ) + Dòng tiêu thụ : 6mA - 15mA + Điện áp logic mức cao : 0.5 - 15V + Điện áp logic mức thấp : 0.03 - 0.06V + Công suất tiêu thụ (max) 600mW 2.4.3 Chức NE555 + Tạo xung + Điều chế độ rộng xung (PWM) + Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng thu phát hồng ngoại) 2.4.4 Bố trí chân chức chân a) Bố trí chân IC NE555 N gồm có chân b) Chức chân + Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân gọi chân chung + Chân số 2(TRIGGER): Đây chân đầu vào thấp điện áp so sánh dùng chân chốt hay ngõ vào tần so áp.Mạch so sánh dùng transitor PNP với mức điện áp chuẩn 2/3Vcc + Chân số 3(OUTPUT): Chân chân dùng để lấy tín hiệu logic Trạng thái tín hiệu xác định theo mức 1 mức cao tương ứng với gần Vcc (PWM=100%) mức tương đương với 0V mà thực tế mức ko 0V mà khoảng từ (0.35 ->0.75V) + Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái Khi chân số nối masse ngõ mức thấp Còn chân nối vào mức áp cao trạng thái ngõ tùy theo mức áp chân 6.Nhưng mà mạch để tạo dao động thường hay nối chân lên VCC + Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi 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 bỡi 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 (Vcc): Khơng cần nói bít chân cung cấp áp dòng cho IC hoạt động Khơng có chân coi IC chết Nó cấp điện áp từ 2V >18V (Tùy loại 555 thấp NE7555) 2.4.5 Nguyên lý hoạt động Cấu tạo NE555 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 Op-amp 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 Flip-flop Khi S = [1] Q = [1] = [ 0] Sau đó, S = [0] Q = [1] = [0] Khi R = [1] = [1] Q = [0]  Tóm lại, S = [1] Q = [1] R = [1] Q = [0] = [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 a) Giai đoạn ngõ mức 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] = [0] Ngõ IC mức Khi = [0], transistor tắt, tụ C tiếp tục nạp qua R, điện áp tụ tăng Khi nhấn cơng tắc lần Op-amp có V- = [1] lớn V+ nên ngõ Op-amp mức 0, S = [0], Q không đổi Trong điện áp tụ C nhỏ V2, FF giữ nguyên trạng thái b) Giai đoạn ngõ mức Khi tụ C nạp tiếp, Op-amp có V+ lớn V- = 2/3 VCC, R = [1] nên Q = [0] = [1] Ngõ IC mức Vì = [1], transistor mở dẫn, Op-amp2 có V+ = [0] bé V-, ngõ Op-amp mức Vì Q khơng 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 2.4.6 Tính tần số điều chế độ rộng xung Nhìn vào sơ đồ mạch ta có cơng thức tính tần số , độ rộng xung +Tần số tín hiệu đầu f = 1/(ln2.C.(R1 + 2R2)) + Chu kì tín hiệu đầu : t = 1/f + Thời gian xung mức H (1) chu kì t1 = ln2 (R1 + R2).C + Thời gian xung mức L (0) chu kì t2 = ln2.R2.C Như công thức tổng quát 555 Tôi lấy ví dụ nhỏ : để tạo xung dao động f = 1.5Hz Đầu tiên chọn hai giá trị đặc trưng R1 C2 sau ta tính R1 Theo cách tính tốn ta chọn : C = 10nF, R1 =33k > R2 = 33k (Tính tốn theo công thức) 2.4.7 Ứng dụng a ) Mạch báo động dùng SCR b) Trigger 2.5 RƠLE 2.5.1 Cách xác định trạng thái phân loại Trên thị trường có loại module rơle: module rơle đóng mức thấp module rơle đóng mức cao Nếu so sánh loại rơle có thơng số kỹ thuật hầu hết linh kiện giống nhau, khác chỗ chỗ transistor module Chính transistor nên sinh loại module ( NPN – kích mức cao, PNP – kích mức thấp ) - Có cách để nhận biết module rơle + Hỏi người bán sau mua đặt ngăn nắp loại loại + Kiểm tra module cách thử cấp nguồn vào chân điều khiển + Tìm Google thử tên loại transistor đó, NPN module kích mức cao, cịn PNP mức thấp 2.5.2 Thông số kỹ thuật - Điện áp điều khiển: 12V - Dòng điện max: 10V - Thời gian tác động: 10ms - Thời gian nhả hãm: 5ms - Nhiệt độ hoạt động: -45 độ C – 75 độ C 2.5.3 Ứng dụng Nhìn chung, cơng dụng rơle “ dung lượng nhỏ để cắt nguồn lượng lớn hơn” Rơle dùng thông dụng ứng dụng điều khiển động chiếu sáng Khi cần đóng cắt nguồn lượng lớn, rơle thường ghép nối tiếp Nghĩa rơle nhỏ điều khiển rơle lớn hơn, rơle lớn điều khiển nguồn công suất Ứng dụng Role 2.6 QUANG TRỞ 2.6.1 Cấu tạo nguyên lí hoạt động - Cấu tạo quang trở gồm phần phần phần màng kim loại đấu nối với thông qua đầu cực Linh kiện thiết kế theo cách cung cấp diện tích tiếp xúc tối đa với màng kim loại đặt hộp nhựa giúp tiếp xúc với ánh sáng cảm nhận thay đổi cường độ ánh sáng Thành phần để tạo nên quang trở Cadmium Sulphide (CdS) sử dụng chất quang dẫn, thường khơng chứa có hạt electron không ánh sáng chiếu vào -Nguyên lý hoạt động quang trở dựa nguyên lý hiệu ứng quang điện khối vật chất Khi mà photon có lượng đủ lớn đập vào, khiến cho electron bật khỏi phân tử trở thành electron tự khối chất từ chất bán dẫn chuyển thành dẫn điện Mức độ dẫn điện quang trở tùy thuộc vào phần lớn photon hấp thụ Khi ánh sáng lọt vào quang trở, electron giải phóng độ dẫn điện tăng lên Tùy thuốc vào chất bán dẫn mà quang trở có phản ứng khác với loại sóng photon khác • • 2.6.2 Ưu điểm nhược điểm Ưu điểm: Quang trở với số ưu điểm giá thành rẻ, đa dạng kích cỡ áp dụng với nhiều bo mạch khác nhau, kích thước phổ biến có đường kính mặt 10mm Cùng với lượng tiêu thụ điện áp hoạt động nhỏ Nhược điểm: Thời gian phản hồi chậm nên độ xác khơng cao Thời gian phản hồi quang trở nằm khoảng từ hàng chục hàng trăm mili giây 2.7 DOMINO 2.7.1 Thông số kỹ thuật - Khoảng cách chân mm, có ốc vặn - Loại chân thẳng - Điện áp tối đa: 300 V - Dòng điện tối đa: 10 A - Trở kháng tiếp xúc: 20 milliohm - Đường kính chân: 1.1 mm - Số lượng chân: 2.7.2 Tính - Kết cuối, nối dây vào mạch Cố định dây ốc vặn - Có thể ghép nhiều với - Dùng làm cọc nguồn - Dùng mạch điện tử Domino2 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ THI CÔNG MẠCH 3.1 Sơ đồ khối -Mạch đèn chiếu sáng tự động trời tối gồm có phần chính: Khối 1: Nguồn (phích cắm cơng tắc bật tắt) Khối 2:Mạch đèn tự động sáng trời tối(điện trở, tụ điện, diode, NE555, role, quang trở, domino2) 3.2Thiết kế mạch nguyên lí 3.2.1)Mạch nguồn -Bọn em thiết kế cho dây điện không lộ liễu nhằm làm tăng phần thiện mỹ cho sản phẩm cho nhà -Trong trường hợp nhà xây cách tốt cho đường dây điện ẩn vào tường 3.2.2)Mạch đèn sáng tự động trời tối -Nguyên lý hoạt động mạch: Khi trời sáng, điện trở biến quang nhỏ, dòng điện qua R1, sau qua Q1, tiếp qua R3 quay trở nguồn âm nguồn Lúc đèn không sáng Khi trời tối, điện trở biến quang lớn, dòng điện qua Q2, tiếp qua R4 sau dịng điện qua R3.Lúc role đóng lại đèn sáng 3.2.3)Thiết bị chiếu sáng -Thiết kế đẹp mắt, chất lượng sản phẩm tốt đáp ứng tốt yêu cầu người tiêu dung Một số hình ảnh minh họa: Đèn sáng tự động ngồi trời 3.3Thi cơng mạch in 3.3.1)Sơ đồ mạch in Sau sơ đồ mạch in mạch đèn sáng tự động trời tối: Sơ đồ mạch in mạch đèn sáng tự động trời tối 3.3.2)Thi cơng mạch in - Chuẩn bị: phíp đồng, dung dịch ăn mòn, mỏ hàn, thiếc, linh kiện điện tử cần thiết, khoan - Các bước làm mạch in: + Sau có sơ đồ mạch in ta tiến hành in sơ đồ mạch giấy + Áp sơ đồ mạch in giấy lên phíp đồng cố định lại + Dùng bàn nhiệt lên mặt giấy mực giấy dính hết vào mặt phíp đồng ( khoảng từ 10-15 phút) + Sau mực dính hết vào mặt phíp đồng ta tiến hành bóc lớp giấy khỏi mặt phíp đồng ngâm phíp đồng vào dung dịch ăn mịn + Q trình ăn mịn diễn khoảng từ20-30 phút + Sau ăn mòn xong ta thu mạch in vị trí bị mực dính vào khơng bị ăn mịn + Kiểm tra vị trí mạch xem có bị đứt mạch hay không + Khoan lỗ để cắm chân linh kiện (tùy thuộc kích cỡ chân linh kiện mà ta chọn cỡ mũi khoan) + Sau khoan hết lỗ tiến hành hàn linh kiện 3.3.3)Mơ hình sản phẩm (vì dịch nên bọn em chưa mua đồ mong thầy thông cảm) CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 4.1 Kết -Trong trình thực đồ án gặp nhiều khó khăn thực tế phát sinh thiết kế chế tạo nên mạch chúng em dạt độ xác chưa cao -Sau thời gian làm đồ án chúng em rút nhiều kinh nghiệm cho thân ,đó nhờ dạy nhiệt tình cáỵc thấy góp ý bạn -Sau lần chúng em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn thầy cô giáo khoa bạn giúp em hoàn thành đồ án 4.2 Kết luận *Một số ưu điểm mạch đèn tự động sáng trời tối: -Có giá thành rẻ -Có nhiều ứng dụng phổ biến sống -Mang lại lợi ích cao giúp người nâng cao chất lượng sống -Khơng phải điều khiển -Chi phí bảo dưỡng thấp *Nhược điểm - Chưa có thiết bị bắt sóng từ xa phải dùng dây điện  ... minh họa: Đèn sáng tự động ngồi trời 3.3Thi cơng mạch in 3.3.1)Sơ đồ mạch in Sau sơ đồ mạch in mạch đèn sáng tự động trời tối: Sơ đồ mạch in mạch đèn sáng tự động trời tối 3.3.2)Thi cơng mạch in... dụng linh kiện thiết bị điện tử - Hoàn thành sản phẩm mạch cảm biến ánh sáng tự động bật tắt đèn - Rèn luyện cho sinh viên cách tự học, đôi với thực hành khả làm việc theo nhóm 1. 3Kế hoạch thực... thiết kế mạch điều khiển, “MẠCH CẢM BIẾN ÁNH SÁNG BẬT TẮT ĐÈN TỰ ĐỘNG ” Nội dung báo cáo gồm Chương: Chương Chương Chương Chương 1: 2: 3: 4: Tổng quan đề tài Cơ sở lý thuyết Tính tốn thiết kế thi