4.2 Ý tưởng thiết kế tự động bật/tắt hệ thống đèn chiếu sáng trên xe
4.2.2 Cảm biến ánh sáng
Mơ hình hệ thống chiếu sáng thơng minh được trang bị một mơ đun cảm biến ánh sáng CDS-NVZ1 nó giúp bộ điều khiển nhận biết được ánh sáng của mơi trường bên ngồi để có thể thực hiện được khả năng tự động bật/tắt hệ thống đèn chiếu sáng. Để có thể nhận biết được điều kiện ánh sáng thì quang trở CDS là một bộ phận khơng thể thiếu của mô đun cảm biến sáng ánh. Quang trở còn được gọi với nhiều tên khác nhau như photoresistor, điện quang trở, photocell có khả năng thay đổi điện
31
trở khi có ánh sáng chiếu vào. Có thể hiểu được quang trở là một điện trở có thể thay đổi điện trở phụ thuộc vào cường độ ánh sáng.
Hình 4.3: Cảm biến ánh sáng CDS-NVZ1
Quang trở được làm từ một chất bán dẫn có cấu tạo đặt biệt là trong buổi tối quang trở có điện trở lên đến tới vài MΩ và vào buổi sáng thì điện trở của nó có thể giảm xuống thấp đến một hoặc một vài Ω. Có tính trở kháng cao, nhờ các đặc điểm đó thì người ta thường sử dụng quang trở vào các mơ hình có các mạch điều khiển theo điều kiện có ánh sáng ở ngồi mơi trường.
Cảm biến quang trở CDS-NVZ1 nó được sản xuất và bán ra với giá thành thấp, có kích thước nhỏ gọn, mức điện áp tiêu thụ chỉ từ 3.35VDC đặc biệt là có chân để xuất tín hiệu digital do đó nó rất phù hợp cho các mạch vi điều khiển.
Mô đun cảm biến ánh sáng quang trở có bốn chân nhưng trong mơ hình hệ thống chiếu sáng thơng minh của nhóm chỉ sử dụng ba chân là: GND, DO, VCC.
Bảng 4.1: Thông số cơ bản cảm biến ánh sáng CDS-NVZ1
VCC Nguồn
32
AO Ngõ ra tín hiệu Analog
GND Mass
Hình 4.4: Mạch quang trở CDS-NVZ1
Nguyên lý hoạt động:
Khi có nguồn điện đi qua led D1 ln luôn sáng hiển thị cho cho người sử dụng biết đã có nguồn hoạt động. Đèn led D2 sáng/tắt tùy vào điều kiện ánh sáng của môi trường thay đổi như thế nào.
Tín hiệu của opamp tại chân số 3 được hiển thị tín hiệu ln ln ở mức cao (mức 1) tại vì nó được cấp nguồn điện liên tục.
Điều kiện ánh sáng tốt, trời sáng lúc này điện trở của cảm biến ánh sáng quang trở CDS giảm. Dòng điện đi từ nguồn qua quang trở CDS rồi xuống mass, do đó tại chân số 2 sẽ khơng có điện áp của opamp (mức 0) và opamp so sánh hai tín hiệu cho thấy mức 1 và 0 thì chân số một của opamp ở mức 0 nên led D2 sáng.
33
Điều kiện ánh sáng không tốt, trời tối lúc này điện trở của cảm biến ánh sáng quang trở CDS tăng mạnh. Dòng điện đi từ nguồn qua chân số 2 của opamp rồi xuống mass, tức có điện áp tại chân số 2 của opamp (mức 1) và opamp so sánh hai tín hiệu cho thấy mức 1 và 1 thì chân số một của opamp ở mức 1 nên led D2 tắt.
Việc bật/tắt hệ thống chiếu sáng thì cần phải có tín hiệu điện áp đến bộ điều khiển từ chân DO (output).
Tuy vậy cảm biến ánh sáng quang trở có những hạn chế như ảnh hưởng của ánh sáng từ bên ngồi mơi trường làm nhiễu tín hiệu cảm biến vì cám biến ánh sáng quang trở thường rất nhạy với sự thay đổi của ánh sáng mơi trường do đó để hạn chế những ảnh hưởng đó và để đảm bảo cho việc mô phỏng điều kiện môi trường sáng hoặc tối nên cảm biến ánh sáng quang trở được đặt trong hộp nhỏ có nắp đậy.
Hình 4.5: Cảm biến ánh sáng trong hộp
Hạn chế sự nhiễu của cảm biến khi có ánh sáng chiếu vào, nhóm đã tạo ra 1 hộp gỗ nhỏ để đặt cảm biến vào.
Cảm biến ánh sáng quang trở có thể lấy nguồn trực tiếp từ Arduino và được trang bị với một nguồn điện 3.3 đến 5VDC, tuy nhiên chân nguồn/GND của Adruino có hạn vì vậy để giúp giảm áp lực cho bộ điều khiển nên cảm biến ánh sáng được cấp nguồn từ một mạch hạ áp 12V xuống 5V
34
Hình 4.6: Mạch hạ áp LM2596 3A giúp chuyển điện áp 12V thành 5V