Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) được phát ra từ Led là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mắt thường, có bước sóng khoảng từ 0.86µm đến 0.98µm. Tia hồng ngoại có vận tốc truyền bằng vận tốc ánh sáng .
Hình 1.35. Led hồng ngoại và mắt thu.
Led phát hồng ngoại có nguyên lý hoạt động như led thường. Với điện áp 5V thì điện trở hạn dòng có thể dùng 330Ω hoặc 470Ω.
Điện áp sử dụng là 5V.
Led hồng ngoại có 2 loại: Thu và phát
Loại phát có 2 chân, ta thường thấy trong các loại Remote TV, đầu máy... Loại này đơn giản chỉ cần cấp nguồn (phân cực thuận), hoặc cấp xung là nó phát ra tia hồng ngoại. (màu trắng trong hình dưới)
Loại thu (2 chân hoặc 3 chân). Hoạt động của nó: Khi nhận được tín hiệu hồng ngoại thì nó dẫn (giống như 1 công tắc đóng mở mạch điện).
1.4.3. IC 7805_ IC ổn áp 5 Vol
Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử dụng IC ổn áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản. Các loại ổn áp thường được sử dụng là IC 78xx, với xx là điện áp cần ổn áp. Ví dụ 7805 ổn áp 5V, 7812 ổn áp 12V. Việc dùng các loại IC ổn áp 78xx tương tự nhau, dưới đây là minh họa cho IC ổn áp 7805.
Hình 1.36. Sơ đồ chân IC ổn áp 7805.
Sơ đồ IC 7805 có 3 chân: Chân số 1 là chân IN Chân số 2 là chân GND Chân số 3 là chân OUT
Ngõ ra OUT luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi. Mạch này dùng để bảo vệ những mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 5V (các loại IC thường hoạt động ở điện áp này). Nếu nguồn điện có sự cố đột ngột: điện áp tăng cao thì mạch điện vẫn hoạt động ổn định nhờ có IC 7805 vẫn giữ được điện
áp ở ngõ ra OUT 5V không đổi.
Mạch trên lấy nguồn một chiều từ một máy biến áp với điện áp từ 7V đến 9V để đưa vào ngõ IN. Khi kết nối mạch điện, do nhiều nguyên nhân, người dùng dễ nhầm lẫn cực tính của nguồn cung cấp khi đấu nối vào mạch, trong trường hợp này rất dễ ảnh hưởng đến các linh kiện trên board mạch. Vì lí do đó một diode cầu được lắp thêm vào mạch, diode cầu đảm bảo cực tính của nguồn cấp cho mạch theo một chiều duy nhất, và nguời dùng cũng không cần quan tâm đến cực tính của nguồn khi nối vào ngõ IN nữa.
Chú ý: điện áp đặt trước IC78xx phải lớn hơn điện áp cần ổn áp từ 1.5V đến 2V. Tụ điện đóng vai trò ổn định và chống nhiễu cho nguồn. (có thể bỏ hai tụ điện nếu mạch điện không đòi hỏi).
1.5. Giới thiệu về tia hồng ngoại
1.5.1. Khái niệm
Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mắt thường ,có bước sóng khoảng từ 0.86 đến 0.98micromet . tia hồng ngoại có vận tốc truyền như vận tốc ánh sáng
Tia hồng ngoại có thể truyền đi được nhiều kênh tín hiệu. Nó được úng dụng rộng rãi trong công nghiệp. lượng thông tin có thể đạt 3 megabit/1s .Lượng thông tin dược truyền đi với anh sáng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với sóng điện từ mà người ta vẫn thường dùng.
Tia hồng ngoài có khả năng suyên thấu kém . trong điều khiển từ xa bằng ánh sáng hồng ngoại , chùm tia hồng ngoại phát đi hẹp.,có hướng , dó đó khi thu phải dúng hướng. Sóng hồng ngoại có những đặc tính quan trong như ánh sáng thông thường ( sự hội tụ qua thấu kính , tiêu cự …).
Ánh sáng hồng ngoại và ánh sáng thông thường khác nhau trong sự suyên suốt qua vật chất . Có nhứng vật ta có thể thấy nó dưới một máu sám đụcnhứng với ánh sáng hồng ngoại nó trở nên suyên suốt.vì vậy vật liệu bán dấn “trong
suốt” đối với ánh sáng hồng ngoại, tia hồng ngoại không bị yếu đi khi nó vượt qua lớp bán dẫn để đi ra ngoài.
1.5.2. Nguyên lý thu phát hồng ngoại
Việc sử dụng được tia hồng ngoại rất hay vì nó phổ biến và không ảnh hưởng từ trường, vì thế nó được sử dụng tốt trong truyền thong và điều khiển. nhưng nó không hoàn hảo , một số vật phát hồng ngoại rất mạnh làm ảnh hưởng đến truyền thông và điều khiển như quang phổ mặt trời.
Khó khăn khi sử dụng hồng ngoại làm REMOTE điều khiển TV/VCR hoặc những ứng dụng khác và linh kiện rất tốn kém.
Việc thu hoặc phát bức xạ hồng ngoại bằng nhiều phương tiện khác nhau, có thể nhận tia hồng ngoại từ ánh sang mặt trời . nhiều thứ có thể phát tia hồng ngoại như: lò bức xạ, lò điện,đèn,cơ thể người…
Để có thể truyền tia hồng ngoại tốt phải tránh xung nhiễu bắt buộc phải dung mã phát và nhận ổn định để xác định xem dố là xung truyền hay nhiễu. tần số làm việc tốt nhất từ 30khz đến 60khz , nhưng thường sử dụng khoảng 36khz. Dung tần số 36khz để truyền tín hiệu hồng ngoại thì dễ, nhưng khó thu và giải mã phải sử dụng bộ lọc để tín hiệu ngõ ra là xung vuông, nếu ngõ ra có xung nghĩa là đã nhận được tín hiệu ở ngõ vào.
1.5.3. Nguyên tắc thu phát hồng ngoại
a.Sơ đồ khối phát hồng ngoại
Khối chọn chức năng và khối mã hóa: Khi người sử dụng bấm vào các phím chức năng để phát lệnh yêu cầu của mình, mỗi phím chức năng tương ứng với một số thập phân. Mạch mã hóa sẽ chuyển đổi thành mã nhị phân tương ứng dưới dạng mã lệnh tín hiệu số gồm các bít 0 và 1. Số bit trong mã lệnh nhị phân có thể là 4 bit hay 8 bit tùy theo số lượng các phím chức năng nhiều hay ít.
Khối dao động có điều kiện: Khi nhấn 1 phím chức năng thì đồng thời khởi động mạch dao động tạo xung đồng hồ, tần số xung đồng hồ xác định thời gian chuẩn của mỗi bit . (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khối chốt dữ liệu và khối chuyển đổi song song ra nối tiếp: Mã nhị phân tại mạch mã hóa sẽ được chốt để đưa vào mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp. Mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp được điều khiển bởi xung đồng hồ và mạch định thời nhằm đảm bảo kết thúc đúng lúc việc chuyển đổi đủ số bit của một mã lệnh.
Khối điều chế và phát FM: mã lệnh dưới dạng nối tiếp sẽ được đưa qua mạch điều chế và phát FM để ghép mã lệnh vào sóng mang có tần số 38Khz đến 100Khz, nhờ sóng mang cao tần tín hiệu được truyền đi xa hơn, nghĩa là tăng cự ly phát.
Khối thiết bị phát: là một LED hồng ngoại. Khi mã lệnh có giá trị bit =’1’ thì LED phát hồng ngoại trong khoảng thời gian T của bit đó. Khi mã lệnh có giá trị bit=’0’ thì LED không sáng. Do đó bên thu không nhận được tín hiệu xem như bit = ‘0’ .
b.Sơ đố khối thu hồng ngoại
Khối thiết bị thu: Tia hồng ngoại từ phần phát được tiếp nhận bởi LED thu hồng ngoại hay các linh kiện quang khác.
Khối khuếch đại và Tách sóng: trước tiên khuếch đại tính hiệu nhận rồi đưa qua mạch tách sóng nhằm triệt tiêu sóng mang và tách lấy dữ liệu cần thiết là mã lệnh.
Khối chuyển đổi nối tiếp sang song song và Khối giải mã: mã lệnh được đưa vào mạch chuyển đổi nối tiếp sang song song và đưa tiếp qua khối giải mã ra thành số thập phân tương ứng dưới dạng một xung kích tại ngõ ra tương ứng để kích mở mạch điều khiển.
Tần số sóng mang còn được dùng để so pha với tần số dao động bên phần thu giúp cho mạch thu phát hoạt động đồng bộ , đảm bảo cho mạch tách sóng và mạch chuyển đổi nối tiếp sang song song hoạt động chính xác.
1.6. Kết luận Chương I
Chương I chúng tôi đã trình bày được hầu hết những khái niệm về hệ thống chống trộm, các linh kiện điện tử có mặt trong đề tài đồ án.Tìm hiểu được cách phân biệt,cách sử dụng, cách phân tích và các thông số đặc trưng của các linh kiện điện tử. Qua đây chúng tôi cũng hiểu biết được thêm một số vấn đề chuyên sâu hơn về các linh kiện điện tử. Tuy nhiên điện tử là một lĩnh vực rất là rộng vì thế trong chương này chúng tôi chỉ dừng lại ở việc tổng kết lại các khái niệm, đặc trưng cơ bản nhất làm cơ sở để tìm hiểu chương tiếp theo.
Chương II
THIẾT KẾ MẠCH CHỐNG TRỘM VÀ THỰC NGHIỆM
2.1 Nguyên lý hoạt động của mạch thu phát tín hiệu 2.1.1 Nguyên lý hoạt động của mạch phát tín hiệu
Sơ đồ khối của mạch phát
Hình 2.1. Sơ đồ khối mạch phát tín hiệu.
Khối tạo dao động
Khi ta nhấn nút Reset khi đó đồng thời khởi động mạch tạo xung đồng hồ, tần số xung đồng hồ xác định thời gian chuẩn của mỗi bit (bít “0” và bit“1”).
Khối điều chế tín hiệu( khuếch đại tín hiệu)
Mã lệnh dưới dạng nối tiếp sẽ được đưa qua 2 transistor , nhờ 2 transistor mà tín hiệu được khuếch đại, truyền đi xa hơn có ngĩa là khoảng cach phát sẽ xa hơn.
Khối thiết bị phát
Là một LED hồng ngoại. Khi tín hiệu có gia trị bít bằng “1” thì LED sẽ phát hồng ngoại trong khoảng thời gian T nào đó. Khi tín hiệu có mã lệnh là bit “0”thì LED không sáng. Do vậy bên thu sẽ không nhận được tín hiệu,xem nhu là bit “0”.
Sơ đồ nguyên lý của mạch phát như sau:
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý mạch phát tín hiệu.
Sơ đồ boad mạch phát :
2.1.2. Nguyên lý hoạt động của mạch thu tín hiệu
Sơ đồ khối của mach thu tín hiệu:
Hình 2.4. Sơ đồ khối mạch thu tín hiệu.
Khối thiết bị thu
Tia hồng ngoại với tần số lớn được tiếp nhận bởi led thu hồng ngoại hay các thiết bị thu khác.
Trong mach đồ án thực tế chúng tôi sử dụng LED thu hồng ngoại 2 chân với ưu điểm là dễ dàng mua trên thị trường vói giá thành rẻ . Tuy nhiên thi với loại led thu này thì khả năng thu của nó hơi kém so với các loại led khác. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khối mạch điều khiển
Đó là hai Transistor được mắc như sau:
Khi tín hiệu đầu vào chân B của transistor1 là bít “1” ta có UBE1 = Vcc . Thì tín hiệu đầu ra ở chân C của transistor1 là bits “0”đồng nghĩa với tín hiệu đầu vào ở chân B của transistor 2 là bit “0” và lúc này UBE2= 0. Khi đó tín hiệu đầu ra ở chân C của transistor2 là bít “1”.
Ngược lại khi tín hiệu đầu vào ở chân B của transistor1 là bít “0” thì tín hiệu đầu ra ở chân C của C2 sẽ là bít “0”. Tín hiệu được cấp vào chân 2 của NE555 và được đưa ra bởi chân 3 của IC này.
Khối khuếch đại tín hiệu
Tín hiệu được cấp vào chân B của một transistor và được lấy ra bởi chân C của transistor này.
Loa
Tín hiệu được lấy ra bởi chân C của transistor và được cấp vào một chân của loa, chân kia được nối lên dương nguồn của mạch. Sơ đồ nguyên lý của mạch thu như sau:
Sơ đồ mạch board
Hình 2.7. Sơ đồ mạch in mạch thu.
2.2. Thiết kế mạch chống trộm
2.2.1. sơ đồ khối của mạch:
Mạch chống trộm được thiết kế như sau: Sơ đồ khối :
2.2.2.Nguyên lý hoạt động
Mắt thu nhận tín hiệu từ mạch phát và đưa đến opamp thứ nhất để khuếch đại lên và sau đó chỉnh lưu và lọc thành áp DC. Điện áp DC này sẽ được so sánh với áp chuẩn opamp thứ hai được sử dụng như một bộ so sánh áp. Tín hiệu ra được kích vào chân 2 của IC 555.
IC 555 đóng vai trò như một mạch đơn ổn. khi có tín hiệu kích vào nó thì nó làm cho còi báo động vang lên khoảng 15 giây và tắt. bình thường thì còi báo động không kêu, khi có tín hiệu thì nó làm cho mắt thu mất tín hiệu và áp chỉnh lưu cũng giảm xuống và mạch so sánh áp sẽ kích IC 555 làm việc và còi báo động sẽ vang lên.
a. Khối nguồn
Trong khuôn khổ đồ án này chúng tôi sử dụng một bộ chuyển đổi mạch nguồn có sẵn chuyển đổi nguồn điện xoay chiều 220V xuống điện áp 9VAC, sau đó qua mạch lọc gồm tụ C1 và C2 ( C2 có tác dụng lọc xung nhọn có thể phá hỏng IC). Sau đó ổn áp bởi IC 7805 để có được điện áp một chiều 5V và được lọc bởi C3 và C4 và cung cấp nguồn cho mạch hoạt động. cả mạch phát và thu đều hoạt động ở nguồn 5V.
Trong thực tế chúng ta cũng có thể dùng một mạch nguồn từ điện lưới gia đình 220V như sau:
Hình 2.9. Mạch nguồn.
Mạch nguồn này ta dùng nguồn xoay chiều 220V hạ thế qua biến áp TR xuống điện áp 9V. sau đó nắn thành điện áp một chiều bởi mạch cầu gồm 4
diode, lọc bởi tụ C1 và C2, sau đó ổn áp bởi IC ổn áp 7805 để có được điện áp 5V và lọc bởi tụ C3 và C4 để cung cấp cho mạch.
b. Khối phát
Khối phát tín hiệu sử dụng IC555 tạo dao động xung. Xung tín hiệu này được khuếch đại qua hai transistor rồi được đưa đến LED phát hồng ngoại và phát ra ánh sáng hồng ngoại.
Tần số phát hồng ngoại được tinh bởi công thức sau:
(2.1) Chu kì của tín hiệu đầu ra :
(2.2) Thời gian xung ở mức cao trong một chu kỳ:
T1 = ln2 .(R1+2R2).C (2.3) Thời gian xung ở mức thấp trong một chu kỳ:
T2 = ln2.R2.C (2.4)
Như vậy ta có thể tính toán dựa trên công thức đã có để có tần số phát tín hiệu hồng ngoai là lớn nhất. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
c. Khối thu
Khối thu được sử dụng LED thu hồng ngoại được tín hiệu vào chân B của transistor thứ nhất. transistor 1 có chân E nối GND chân C qua trở lên dương nguồn. Transistor 2 chân B lấy tín hiệu từ chân C của transistor 1, chân E được nối GND, chân C được nối qua trơ lên dương nguồn. Đồng thời tín hiệu được được lấy ra từ chân C đưa đến chân 2 của IC555. IC555 nhận tín hiệu đã được khuếch đại đưa tín hiệu ra chân 3. Tín hiệu từ chân 3 của IC555 được cấp vào chân B của transistor để khuếch đại tín hiệu lên. Transistornày cực E được nối GND. Cực C của transistor này được nối với loa. Cuối cùng loa nhận được tín
hiệu kêu lên báo động.
d. Loa phát tín hiệu
Khi mạch thu phát hồng ngoại luôn luôn hoạt động . Khi có tín hiệu cấp vào mạch thu thì loa sẽ không kêu. Còn khi tín hiệu bị gián đoạn thì loa sẽ kêu. Do vậy khi trộm tiến lại gần đồ vật thì sẽ làm ngắt tín hiệu do vậy loa sẽ báo động.
2.3. Một số kết quả đạt được
Sau đây là một số kết quả mà bài đồ án đạt được:
Hình 2.11. Sơ đồ mạch thu mô phỏng bằng phần mềm proteus
Hình 2.12. Sơ đồ mạch chống trộm mô phỏng bằng phần mềm proteus.
Hình 2.13. Hình ảnh mạch phát.
Hình 2.15. Mô hình hoàn chỉnh mạch chống trộm dùng hồng ngoại.
2.4. Kết luận chương II
Trong chương II này chúng tôi đã thực hiện thiết kế mạch chống trộm bằng các phần mềm proteus,orcad…, phân tích được nguyên lý hoạt động của mạch phát và mạch thu tín hiệu hồng ngoại, từ đó chế tạo ra mạch chống trộm dùng hồng ngoại.
Ưu điểm của mạch
Mạch khá đơn giản, dễ sử dụng, ít tốn kém về chi phí. Có thể sử dụng rộng rãi ở nhiều nơi.
Nhược điểm
Dễ bị nhiễu do ánh sáng trắng đi vào mắt thu.
KẾT LUẬN
Trên cơ sở mục đích của đề tài được đặt ra, bằng vốn kiến thức được tích lũy trên giảng đường và qua một thời gian nghiên cứu, tìm hiểu sách, tài liệu