(TIỂU LUẬN) đồ án 1 đề tài mạch điều khiển kỹ thuật chiếu sáng tự động tiết kiệm năng lượng

Đó là một tiêu chuẩn đánh giá sự phát triển cca từng vùng miền, từng khu vực, trong quá trình hiện đại hóa cca đất nước, bên cạnh đó giảm được sự tác động trực tiếp cca con người, tiết k

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN

BÁO CÁO ĐỒ ÁN 1

Đề tài Mạch điều khiển kỹ thuật chiếu sáng tự động

tiết kiệm năng lượng

Giảng viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

Ts Đặng Chí Dũng

MSSV:

Nguyễn Xuân Thắng 20181266

Mục lục

LỜI MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠCH CHIẾU SÁNG TỰ ĐỘNG 4

1 1 1 Mạch chiếu sáng tự đôn 2 Thế nào là môt mạch chiếu sáng tự đôn 2.1 Ưng dung cca mạch chiếu sáng tự đôn 2.2 Ưu nhược điểm cca mạch chiếu sáng tự động 8

̣Mg và ưng dung 4

g: 5

g 6

̣M ̣M 1 ̣M 1 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH CHIẾU SÁNG TỰ ĐỘNG 9

.1 Mạch chiếu sáng khi trời tối 9

2 2 2 2 2 1.1 Sơ đồ thiết kế 10

.1.2 Sơ đồ nguyên lý 11

.1.3 Nguyên lý hoạt động cca mạch: 14

.1.4 Tính toán các thông số cca mạch 14

2.1.5 Mô phỏng mạch………16

.2 Mạch chiếu sáng tự động khi có người ……….16

.2.1 Sơ đồ thiết kế……… 17

2 2 2 2 2.2 Sơ đồ nguyên lí………18

.2.3 Nguyên lí cca mạch……… 19

2 2 2.4 Tính toán các thông số cca mạch……… 20

.2.5 Mô phỏng mạch………20

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 21

TÀI LIỆU THAM KHẢO 22

LỜI MỞ ĐẦU

Xã hội ngày càng phát triển hơn, hiện đại hơn, con người đòi hỏi những nhu cầu đáp ưng sự tiện nghi, thoải mái trong công việc và đời sống xã hội Việc ưng dung các công nghệ điều khiển tự động trên hầu hết các lĩnh vực trong cuộc sống nhằm đáp ưng các nhu cầu cần thiết cca con người Đó là một tiêu chuẩn đánh giá

sự phát triển cca từng vùng miền, từng khu vực, trong quá trình hiện đại hóa cca đất nước, bên cạnh đó giảm được sự tác động trực tiếp cca con người, tiết kiệm thời gian, năng lượng, công sưc và tiền bạc

Qua quá trình hướng dẫn và giúp đỡ cca thầy giáo “T.S Đặng Chí Dũng” đã giúp em tìm hiểu và hoàn thành việc “Thiết kế và chế tạo mạch chiếu sáng tự động” phuc vu nhu cầu chiếu sáng cca con người, tiết kiệm điện năng, sử dung được rộng rãi trong các căn nhà Trong quá trình làm việc có những sai sót, rất mong nhận được những góp ý cca các thầy giáo và cô giáo

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠCH CHIẾU SÁNG TỰ ĐỘNG

1.1 Mach chiế ang tự đôn ̣g va ng dụng

Với vài trò chiếu sáng không thể thiếu giúp con người có thể di chuyển, hoạt

g làm viêc thì viêc sử dung ánh sáng là cần thiết Tuy nhiên viêc sử dung ánh sáng sao cho hiêu quả với từng hoạt đông, từng thời điểm là không dễ dàng Vào ban ngày ánh sáng nhân được từ bưc xạ măt trời cung cấp tự nhiên được sự dung

không hạn chế Tuy nhiên khi thời điểm trong ngày kết thúc, thì nhu cầu ánh sáng vẫn phải đảm bảo phuc vu cho các hoạt động cca con người Con người đã tạo ra ánh sáng nhân tạo từ các bóng đèn chiếu sáng dựa trên các nguồn năng lượng khác, chc yếu là điện năng Điện năng sử dung cho hệ thống chiếu sáng ảnh hưởng tới nhu cầu sử dung điện lên ngành điện lực, làm tăng chi phí kinh thế phải chi trả Bài toán tiết kiệm năng lượng đang được con người chú trọng và quan tâm, vì vậy

ta cần sử dung điện năng hiệu quả tối đa, tránh lãng phí

Với dân số Việt Nam đang tăng lên và sự phát triển cca xã hội thì nhu cầu sử dung điện năng không ngừng tăng cao

Bảng 1-1: Nhu cầu sử dung điện năng ở các lĩnh vực

Ở Việt Nam, mưc điện năng tiêu thu đang ở mưc báo động, nguyên nhân là

do công nghệ tổ chưc sản xuất lạc hậu và sử dung điện năng lãng phí không đúng muc đích

Theo số liệu thống kê cca Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), lượng điện tiêu thu cca hệ thống chiếu sáng trên toàn quốc chiếm khoảng 25(%) tổng lượng điện tiêu thu Có nghĩa là lượng điện năng cấp cho hệ thống chiếu sáng chiếm tỷ trọng lớn trong tổng lượng điện tiêu thu Tiết kiệm điện năng trong hệ thống chiếu sáng, trong hệ thống điêṇ, là một yêu cầu cấp bách được đặt ra cần phải được thực hiện Nếu tiết kiệm triệt để trong hệ thống chiếu sáng sẽ giúp tiết kiệm năng lượng đến 40 (%) Hiện nay có ba giải pháp tiết kiệm điện năng được áp dung cho lĩnh vực chiếu sáng:







Sử dung tối đa nguồn ánh sáng tự nhiên

Thay thế các bóng đèn sợ đốt bằng các bóng đèn chiếu sáng tiết kiệm điện Thiết kế hệ thống chiếu sáng phù hợp với không gian và tính chất muc đích

sử dung

1.2 Thê nà la môṭmach chiế ang tự đôn ̣g:

Mạch chiếu sáng tự động là mạch điên

có nhiêm vu cung cấp hoăc ngắt dòng điên

cấp hoăc ngắt dòng này được thực hiên môt

các đại lượng tín hiêu mà người chế tạo đã cài đăt

̣Mgồm các phần tử liên kết lại với nhau

̣M ̣M ̣Mđến thiết bi chiếu sáng Quá trình cung

̣M ̣M ̣Mcách tự đôṇg và được quyết đinh vào

̣M ̣Mban đầu Ngoài ra còn có một số mạch có khả năng tự điều chỉnh cường độ sáng, màu sắc, vv… sao cho phù hợp với không gian và yêu cầu sử dung

Các tín hiêụthường được dùng để điều khiển:

 Cường đô sáng: ánh sáng tại mỗi thời điểm trong ngày là khác nhau Sự thaỵM đổi đó đặc trưng bởi cường độ sáng và được nhâṇbiết bằng các quang trở, điên trở cca quang trở sẽ thay đổi khi ánh sáng thay đổi.̣M



Thời gian chiếu sáng: viêc chiếu sáng được thực hiên nhờ các mạch hen giờ,̣M thông qua bộ đếm dao động để điều chỉnh quá trình đóng ngắt mạch

Các chuyển đông: được xác đinh bằng các cảm biến hồng ngoại, khi coṇM người chuyển đôn

người phát ra các bưc xạ hồng ngoại và kích hoạt vào mắt cảm biết, dựa vào

sự thay đổi đó để bộ điều khiển có thể đóng ngắt mạch điên

̣M g hướng vuông góc với các trùm tia chiếu, thân nhiêṭ

̣M

Ngoài ra các tín hiệu từ cảm biến siêu âm được sử dung để phát hiện âm thanh cca con người, làm tín hiệu điều khiển cho việc đóng ngắt mạch

1.2.1 Ưng dụng cu ̉ mach chiế ang tự đôn ̣ g

Mạch chiếu sáng tự đông được sử dung rỗng rãi trong đời sống tại mỗi hộ giạM đình, trong sản xuất và kinh doanh tại các nhà máy, xí nghiêp, hê

ở đường phố, công viên khu vực công cộng v.v…

̣Mthống chiếu sáng

̉) Chiê ́ u ànutưu đ ̣̀nuơu ươnu hô,ucđnu iê,ukh ́ ucđnucộn

Ánh sáng giúp con người quan sát các phương tiên

biết các tín hiêu giao thông để điều khiển phương tiên

phương tiên, tránh những va chạm, tai nạn xảy ra Các loại mạch chiếu sáng tự động được sử dung và được lắp đăt chiếu sáng khi trời về tối, thời gian chiếu sáng được điều chỉnh theo thời gian chiếu sáng cca măt trời trong ngày và các ngày trong môt mùa

̣Mkhác cùng di chuyển, nhâṇM

̣M ̣Man toàn với người và

̣M

̣M

̣M

̣M

Hình 1.1 Mô hình mạch chiếu sáng cho hệ thống đèn chiếu đường

b) Phucuvuucacuhohtu đnu ihuhohtutronuhộuniau ih: ̣̀

Mạch chiếu sáng tự động có thể sử dung cảm biến quang hay cảm biến chuyển động Các cảm biến có thể nhận biết sự thay đổi cường độ sáng và sự xuất hiện cca con người Khi có các tín hiêụnhâṇđược thì lâp Mtưc các mạch chiếu sáng hoạt đông, như vây con người sẽ có được sự chiếu sáng khi cần thiết Các khu vực̣M ̣M cần được lắp đặt trong căn nhà như: tại cửa ra vào, hành lang đi lại, vi trí cầu thang, bố trí tại hầm để xe, khu vực vệ sinh, hay những nơi mà ánh sáng ban ngày không thể chiếu sáng tới đó

Hiện nay tại công ty Bkav Smart Home đã sản xuất thành công một số thiết bi chiếu sáng tự động và được sử dung tại các khu vực khác nhau trong những căn nhà tiện nghi

Hình 1-2: Thiết bi bật tắt đèn tự động gắn trần, gắn tường

c) Ứnudunutronuhệuthồnubảouvệ,utràhukẻuniau ộtuhậpuvàoubau êm.

Thiết bi cảm biến được lắp đặt xung quanh ngôi nhà, khi kẻ gian đột nhập và

di chuyển ngang qua vùng cảm biến nhận biết, đèn được bật sáng khiến kẻ gian giật mình, đồng thời báo hiệu cho người chc cca ngôi nhà biết được mối nguy hiểm và có phương án dự phòng

d) Ứnudunumhchuchiê ́ u ànutưu ộnutronuviệcu iề ́ ukhiểutíuhiệ ́ u èuniaou

thđn

Tại các ngã rẽ, khuc vực giao nhau giữa các tuyến đường, tránh hiện tượng va chạm, người ta dùng các đèn giao thông để chỉ thi khoảng thời gian cho phép người điều khiển phương tiện đi tiếp, khoảng thời gian dừng phương tiện lại Các khoảng thời gian tương ưng vào khoảng thời gian đèn sáng và được thay đổi luân phiên, qua đó người tham gia giao thông có thể nhận biết và thực hiện đúng các chỉ dẫn giao thông

Hình 1-3: Đèn điều khiển tín hiệu giao thông

1.2.2 Ư ́ nhược điểm cu ̉ mach chiế sang tự động

a) Ứu iểm:

Giải phóng hoạt động cca con người: công việc bật tắt đèn được diễn ra một cách tự động, không phải cần sự tác động trực tiếp từ con người, ta cũng không còn phải suy nghĩ rằng mình đã quên tắt đèn hay chưa

Tạo cảm giác thoải mái, tiện nghi: con người không phải nhớ rõ vi trí công tắc đèn nữa, nhất là đối với những người tuổi cao hay những vi khách đến chơi nhà không phải khó khăn để bật được đèn sáng, mọi thư trở nên đơn giản, dễ dàng hơn

Nâng cao tính an toàn cho tài sản và cuộc sống: chiếu sáng báo hiệu khi có kẻ gian đột nhập

Tiết kiệm điện năng và tiền bạc: khi hệ thống chiếu sáng được sử dung vào đúng thời điểm, đúng nhu cầu sử dung thì việc tiết kiệm điện năng được cải thiện

rõ rệt, giảm chi phí kinh tế cho nhu cầu sử dung điện cca mỗi gia đình

Dễ dàng lắp đặt và sử dung: thiết bi không quá phưc tạp, hầu hết mọi người đều có thể sử dung.Với giải pháp lắp đặt hệ thống chiếu sáng tự động, chúng ta có thể áp dung trên phạm vi từ các hộ gia đình đến phạm vi toàn bộ nhu cầu chiếu sáng cca các nhà máy, xí nghiêp, trường học và toàn thể quốc gia

b) Nhươcu iểm

Chưa thống nhất một quy chuẩn trên thi trường: Ngày càng có nhiều công nghệ

do các nhà cung cấp đưa ra, vì vậy để ưng dung rộng rãi và hiệu quả thì việc các công ty gia nhập các hiệp hội tiêu chuẩn là rất cần thiết

Nhận xét : Qua những hiệu quả và những ý nghĩa to lớn mà mạch chiếu sáng tự

động mang lại cho con người và xã hội Em thấy việc tìm hiểu và nghiên cưu mạch chiếu sáng tự động là cần thiết, góp phần nhỏ trong công cuộc ưng dung công nghệ vào đời sống xã hội, đưa mưc tiện nghi lên cao, tiết kiệm nguồn năng lượng điện cho quốc gia

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH CHIẾU SÁNG TỰ ĐỘNG

2.1 Mach chiế sang khi trời tối

Yêu cầu đặt ra: mạch làm việc khi cường đồ sáng trong phòng giảm, không

đc đáp ưng ánh sáng cho người làm việc hoặc làm việc khi trời tối đèn đường tự động phát sáng

2.1.1 Sơ đồ thiêt kê

Khối đầu vào

Hình 3-1: Sơ đồ các khối chưc năng

uuNńồ: là một bộ chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) sang dòng một chiều (DC) để giúp điều chỉnh đầu vào AC thành đầu ra DC cung cấp điện áp cần thiết

cho các linh kiện điện tử uuuuu

Yêu cầu đặt ra: mạch tự động chiếu sáng khi có người xuất hiện, và tự động ngắt khi người rời khỏi khu vực sau một khoảng thời gian

2.2.1 Sơ đồ thiêt kê

Nguồn Khối đầu vào Khối chấp hành

Hình 2-7: Sơ đồ các khối chưc năng

2.2.2 Sơ đồ nǵyên lý

Hình 2-6: Nguyên lý mạch chiếu sáng dùng bộ cảm biến PIR

a) Nńồ

Từ nguồn xoay chiều đồi thành một chiều thông qua diode cầu nhưng biên độ không được ổn đinh Để ổn đinh nguồn ta dung IC ổn đinh nguồn 7809 Các tu có điện dung lớn xuống mass có tác dung giữ mưc điện áp được ổn đinh hơn

b) Khôiu ầ ́ uvào :

+ Modul cảm biến chuyển động HC-SR501 được thiết kế trên thi trường với các

thông số kỹ thuật sau:

Hình 2-7: Cảm biến chuyển động HC-SR501

Thông Số Kỹ Thuật

Sử dung điện áp: 4.5-20 (V)

Đầu ra: 0-3.3 (V)

Có ba chân được nối ra bên ngoài: chân (Vcc) chân (OUT) và chân (GND) Kích thước PCB: 32mmx24mm

Góc quét <100 độ

Sử dung cảm biến: 500 (BP)

Khoảng các phát hiện: 2-4.5 (m)

Tính năng cca thiết bi: Tự động cảm ưng khi có người vào phạm vi cảm ưng, chân OUT cho điện: 1.5-3.3 (V), khi không có người điện áp là 0 (V)

c) Khôiuchấpuhàh :

Nhận tín hiệu từ khối xử lý và thực hiện công việc điều khiển đóng cắt mạch, gồm các linh kiện sau:

+ Rơle 9V: thực hiện công việc đóng mạch điện xoay chiều khi có dòng một

Hình 2-2: Hình ảnh cca rơle

+ transistor C1815: điều khiển và dẫn dòng đi qua khi điện áp cấp ở chân B ở

mưc cao, và không có dòng đi qua khi điện áp ở chân B ở mưc thấp

Tra thông số cca transistor:

Hình 3-5 : Vi trí chân cca transistor C1815

Transistor C1815 là transistor thuộc loại transistor NPN

C1815 có Vcmax = 50(V) dòng Icmax = 150 (mA)

Hệ số khuếch đại hFE cca C1815 trong khoảng 25 đến 100

Thư tự các chân từ trái qua phải: E C B

Với Ic=100 (mA), Ib=1 (mA), thì hiệu điện thế Ucemax 0,25 (V) và hiệu điện thế Ubemax là 1(V)

+ Điện trở R1: giảm dòng đi vào cực B transistor, để transistor không bi cháy.

+ Diode D1: bảo vể dòng ngược sinh ra từ cuộn dây cca rơle sinh ra làm hỏng

transistor

2.2.3 Nǵyên lý h ̀ at động cu ̉ mach

Sau khi được cấp nguồn 9V DC, Modul cảm biến sẽ phát ra 1 vùng cảm biến theo hình nón về phía trước để dò hồng ngoại

Khi có người tác động trong vùng cảm biến, lúc này modul cảm biến nhận biết được tia hồng ngoại phát ra từ con người, qua đó điện áp ra tại chân (Out) ở mưc cao, transistor được dẫn, xuất hiện dòng ic qua cuộn dây cca rơle, lõi thép cca rơle trở thành một nam châm điện đóng hút cặp tiếp điểm thường mở, do đó bóng đèn phát sáng

Khi con người rời khỏi vùng cảm biến, điện áp xuất ra tại chân (OUT) cca modul cảm biến ở mưc thấp, transistor khóa lại, không có dòng qua cuộn dây cca rơle, tiếp điểm thường mở sẽ mở ra đóng, bóng đèn tắt dần ( Có thể điều chỉnh phạm vi cảm biến và thời gian tắt sáng cca đèn sau khi con người rời khỏi vùng cảm bằng cách xoay 2 con chiết áp trên module cảm biến pir )

2.2.4 Tính t ̀ an cac thông số cu ̉ mach

Rơle được mắc trên chân C cca transistor, để rơle có thể đóng cắt cần cung cấp dòng đi qua cuộn dây 30(mA) ta có thể chọn dòng ic qua rơ le, dòng ic= 0.03 (A)

ic   ib

Theo công thưc ta có:

Giả sử điện áp ra tại đầu ra có điện áp 9 (V), transistor làm việc hệ số khuếch

đại βmax = 100, Ube=0,7 (V) Ta tính được dòng được dẫn qua cực B là:

ic 0, 03

ib    0, 0003 (A)



Theo đinh luật ôm, giá tri điện trở R3 cần mắc vào cực B cca transistor là:

Ta có thể lựa chọn giá tri R1 < 37,666 (Ω)) để transistor có thể làm việc trong khoảng không vượt quá hệ số khuếch đại cho phép mà transistor C1815 có thể đáp ưng

Sử dung điện trở R1 = 10 (kΩ))

2.2.5 Mô phỏng(Trình bay tr̀ng b ́ ổi bà cà)

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Thông qua quá trình tìm hiểu đã chế tạo thành công mạch chiếu sáng tự động

nắm bắt được các kiến thưc cơ bản về các linh kiện điện tử, thường được sử dung hiện nay, biết được cách chế tạo các mạch điện tử đơn giản nhất, tạo cơ sở tiền đề cho việc nghiên cưu và phát triển các ưng dung công nghệ ở mưc cao hơn, áp dung được vào thực tiễn trong đời sống xã hội

Hiệu quả trong việc tiết kiệm năng lượng điện, giảm chi phí kinh tế cho các

hộ gia đình, cho quốc gia Đồng thời những tiện ích mà sản phẩm mang lại cho con người là lý do để đưa sản phẩm sử dung rộng rãi, gần với người sử dung

Chi phí chế tạo sản phẩm là nhỏ, giảm gánh nặng đầu tư chi phí ban đầu, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình chế tạo

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Giáo trình mạch điện tử tương tự và số ,TS Nguyễn Hoàng Mai

[

[

2] Giáo trình điện tử ,TS.Lê Hoàng Minh

3] Tài liệu nguồn từ các trang mạng ,group và youtube