Project Môn Học-1-1-22(N04) - Đỗ Quang Vinh - 21013326.Pdf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN 1 CƠ BẢN VỀ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Tên đề tài Thiết kế và chế tạo mạch phát động qua còi sử dụng cảm biến chuyển động và nguồn 3 3VDC Sinh viên thực hiện Trần[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN 1

CƠ BẢN VỀ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo mạch phát động qua còi sử dụng cảm biến chuyển động và nguồn 3.3VDC

Lớp: Project môn học-1-1-22(N03)

TS.Lương Văn Sử Khoa Điện – Điện tử

Hà Nội 2022

1

MỤC LỤC

PHIẾU ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN 3

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN 5

LỜI NÓI ĐẦU 8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VÀ CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN 9

1.1 Mở đầu: 9

1.2 Tổng quan thiết kế hệ thống: 10

1.2.1 Bộ phận cảm biến chuyển động PIR SENSOR – HC-SR501: 10

1.2.2 Bộ phận khuếch đại âm thanh Transistor BC547: 12

1.2.3 Bộ phận cảnh báo: 13

1.2.4 Các linh kiện khác: 14

1.3 Ưu điểm, nhược điểm: 15

1.4 Kết luận: 16

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 17

2.1 Sơ đồ khối: 17

2.1.1 Sơ đồ: 17

2.1.2 Nguyên lý hoạt động: 17

2.2 Sơ đồ mô phỏng thiết kế mạch: 18

2.2.1 Sơ đồ 18

2.2.2 Nguyên lý hoạt động: 19

2.2.3 Tính toán, lựa chọn tham số mạch và linh kiện: 20

2.3 Kết luận: 20

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ KẾT LUẬN 21

3.1 Kết quả mô phỏng 21

3.2 Kết quả thực nghiệm 21

3.2.1 Các tham số chính 21

3.2.2 Nguyên lý điều khiển hệ thống 22

3.2.3 Kết luận và hướng phát triển của đề tài 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO 23

2

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Figure 1: Module cảm biến chuyển động HC - SR501 10

Figure 2: Thiết bị quét tia hồng ngoại và thấu kính bán cầu khuếch đại phạm vi quét tia hồng ngoại 10

Figure 3: Bên dưới mạch cảm biến chuyển động 11

Figure 4: Sơ đồ mạch cảm biến chuyển động HC-SR501 11

Figure 5: Transistor BC547 12

Figure 6: Còi chíp 3-24V 3015B SFM-27 Buzzer âm thanh bíp theo nhịp 13

Figure 7: Điện trở 3.3K 14

Figure 8: Dây điện nối bo mạch chạy thử 15

Figure 9: Nguồn không vỏ hạ áp 220VAC về 3.3VDC 600mA cách ly 15

Figure 10: Sơ đồ khối 17

Figure 11: Mạch mô phỏng trên Proteus 17

Figure 12: Sơ đồ nguyên lý mô phỏng mạch 18

Figure 13: Bảng mạch mô phỏng trên Proteus (phía sau) 18

Figure 14: Bảng mạch mô phỏng trên Proteus (phía trước) 19

Figure 15: Mạch mô phỏng trên Proteus 21

Figure 16: Hình ảnh mô phỏng phần mạch in trên proteus 21

3

PHIẾU ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN

Sinh viên thực hiện: Trần Đức Văn Mã SV: 21013338

Kết quả

%

Nhận xét

Đánh giá (tối đa 10)

2 5/11/2022 Thiết kế các

mạch nguyên

lý cho các khối tinh toan hiệu chỉnh cho linh kiện

3 7/11/2022 Mô phỏng

mạch trên proteus

4 9/11/2022 Thiết kế

mạch in

4

5 15/11/2022 Đưa ra các

phương án

dự phòng , hướng tới mục đích xa hơn của dự

9,10,11)

bày thuyết minh

Kết quả (trung bình cộng các mục 12,13)

TG T.HIỆN

PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ

25/10/2022

- Nhóm trưởng Đỗ Quang Vinh, thành viên gồm Trần Đức Văn

- Cả nhóm cùng tham gia tìm hiểu và thảo luận

- Lập kế hoạch thực hiện

0345005903 E_mail:

uni.edu.vn

21013338@st.phenikaa-uni.edu.vn

2 1 Hoàn thiện sơ đồ

khối thiết bị Và phân

Thảo luận nhóm:

+ Đỗ Quang Vinh làm công việc thiết kế mạch

nguyên lý các khối ,

phân tích chức năng các

7 Viết thuyết minh

báo cáo kết quả

phần tử trong mạch và nguyên tắc làm việc của mạch điện

+ Trần Đức Văn viết thuyết minh báo cáo kết quả

+ Đỗ Quang Vinh làm công việc tính toán và lựa chọn các tham số của mạch điện (giá trị linh kiện, loại linh kiện sử dụng, điện áp, dòng điện, trong các mạch, công suất mạch, công suất nguồn….) và Chọn các linh kiện thực

tế gần với các giá trị đã tính, tính toán theo giá trị thực tế

3 1 Khảo sát mạch điện

của thiết bị trên

chương trình mô

phỏng (Tina,

Proteurs…) Viết báo

cáo kết quả khảo sát

7/11/2022

+ Đỗ Quang Vinh vẽ mạch và mô phỏng mạch in trên Proteus và hiệu chỉnh các thông số của linh kiện để phù hợp với mạch điện đề tài yêu cầu

7

Hà Nội, tháng 11 năm 2022

TS.Đào Tô Hiệu Đỗ Quang Vinh

TS.Lương Văn Sử Trần Đức Văn

khối chức năng (Điện

4 Viết thuyết minh

báo cáo kết quả sau

khi khảo sát tực tế

+ Trần Đức Văn viết báo cáo sau quá trình thực hiện

5 Viết báo cáo sau

khi kiểm tra hiệu

chỉnh mạch

2

Phòng Thực Hành A4-

+ Trần Đức Văn viết báo cáo theo thông tin làm mạch của Đỗ Quang Vinh

8

LỜI NÓI ĐẦU

Có ý kiến cho rằng “Con người từng ngày thay đổi công nghệ nhưng chính công nghệ cũng đang thay đổi cuộc sống con người” Phải chăng, việc phát triển, biến đổi công nghệ là một quy luật tất yếu, khi con người chủ động thay thế phần quan trọng hay toàn bộ công nghệ đang sử dụng bằng một công nghệ khác tiên tiến hơn và đã ảnh hưởng mạnh mẽ đến với cuộc sống con người hiện nay Vì thế mà đời sống con người ngày càng được cải thiện và nâng cao Dưới sự tìm tòi, nghiên cứu của con người, con người đang từng ngày đổi mới, phát minh ra nhiều tính năng, vận dụng máy móc công nghệ với kĩ thuật độ tinh vi cao cấp hơn Chúng ta đã có sự phát triển vượt bậc qua từng thời kì khác nhau Và có rất nhiều các phát minh đã được nghĩ ra, thực hiện làm chúng ta bước lên trang sử mới Trong dự án này, chúng em xin được đề cập đến phát minh có sức ảnh hưởng lớn đó là mạch cảm biến chuyển động ứng dụng từ cảm biến tia hồng ngoại phát ra trên cơ thể con người và động vật Chính vì vậy, nó đã thôi thúc chúng em bắt tay vào việc tìm hiểu về một trong các đề tài thầy cô giao cho là “ Thiết kế và chế tạo mạch phát động qua còi sử dụng cảm biến chuyển động và nguồn 3.3VDC” Trong quá trình nghiên cứu, tìm tòi, chúng em đã phát hiện ra những ứng dụng của cảm biến chuyển động vào đời sống như làm tín hiệu báo động có kẻ trộm hoặc lắp trong nhà để đèn điện tự động bật tắt khi có người

Do trình độ hiểu biết còn hạn chế nên sản phẩm của chúng em còn nhiều thiếu sót và có độ chính xác chưa cao nên chúng em mong có được sự quan tâm và đóng góp ý kiến của các thầy cô bề sản phẩm project của chúng em để sản phẩm của chúng em được hoàn thiện và được ứng dụng nhiều vào đời sống Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã quan tâm, đóng góp cho đề tài của chúng em!

Như hiện nay, ta thấy ở đâu trong xã hội vấn luôn có những vấn nạn trộm cắp tệ nạn xã hội luôn diễn ra dù ở nơi nào đi nữa, hay khi có người xuất hiện trong phạm vi quét tia hồng ngoại của con cảm biến để con cảm biến có thể kích hoạt một thiết bị khác một cách tự động để phục vụ cho con người Chính vì những lý do như vậy nên chúng em đã phát triển, nghiên cứu đề tài nhằm mang đến sự tiện ích hơn cho con người cũng như phòng ngừa bớt đi những vấn nạn tệ hại trong xã hội ngày nay

10

1.2 Tổng quan thiết kế hệ thống:

1.2.1 Bộ phận cảm biến chuyển động PIR SENSOR – HC-SR501:

Figure 1: Module cảm biến chuyển động HC - SR501

[1]

Figure 2: Thiết bị quét tia hồng ngoại và thấu kính bán cầu khuếch đại

phạm vi quét tia hồng ngoại

[2]

12

(con người, con vật, các vật phát nhiệt,…), cảm biến có thể chỉnh được độ nhạy

để giới hạn khoảng cách bắt xa gần cũng như cường độ bức xạ của vật thể mong muốn, ngoài ra cảm biến còn có thể điều chỉnh thời gian kích trễ (giữ tín hiệu bao lâu sau khi kích hoạt) qua biến trở tích hợp sẵn [5]

- Thông số cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR

+ Phạm vi phát hiện: góc 360 độ hình nón, độ xa tối đa 6m

+ Nhiệt độ hoạt động: 32-122 ° F ( 050 ° C)

+ Điện áp hoạt động: DC 3.8V – 5V

+ Mức tiêu thụ dòng: ≤ 50 uA

+ Thời gian báo: 30 giây có thể tùy chỉnh bằng biến trở

+ Độ nhạy có thể điều chỉnh bằng biến trở

+ Kích thước: 1,27 x 0,96 x 1.0 ( 32,2 x 24,3 x 25,4 mm) [6]

1.2.2 Bộ phận khuếch đại âm thanh Transistor BC547:

Figure 5: Transistor BC547

[7]

BC547 là transistor BJT NPN đa năng được sử dụng trong các dự án điện

tử giáo dục Bên cạnh công dụng này, nó cũng có thể được sử dụng trong các mạch thương mại Nó được đóng gói TO-92 và dòng điện đầu ra tối đa mà

- Thông số kĩ thuật:

+ Loại transistor: NPN

+ Dòng cực thu tối đa (IC): 100mA

+ Điện áp cực thu - cực phát tối đa (VCE): 45V

+ Điện áp cực thu - cực gốc tối đa (VCB): 50V

+ Điện áp cực phát - cực gốc tối đa (VEBO): 6V

+ Tiêu tán cực thu tối đa (Pc): 500 mW

+ Tần số chuyển đổi tối đa (fT): 300 MHz

+ Độ lợi dòng điện DC tối thiểu và tối đa (hFE): 110 - 800

+ Nhiệt độ bảo quản và hoạt động tối đa phải là: -65 đến +150 độ C [9] 1.2.3 Bộ phận cảnh báo:

Figure 6: Còi chíp 3-24V 3015B SFM-27 Buzzer âm thanh bíp theo nhịp

[10]

Còi chíp 3-24V 3015B SFM-27 Buzzer là loại còi báo thạch anh có âm thanh ngắt quãng dải điện áp rộng từ 3-24VDC Điện áp càng cao âm thanh càng to và vang xa [11]

- Thông số kĩ thuật:

+ Kiểu âm thanh ngắt quãng

+ Điện áp định mức: 12VDC

- Mạch sử dụng điện áp thấp không có nguy cơ bị giật điện

- Các linh kiện trong mạch dễ tìm kiếm để mua và sử dụng

- Mạch đơn giản, dễ làm tại nhà

 Nhược điểm:

16

- Tuy là mạch có điện áp từ nguồn thấp nhưng bộ chuyển đổi hạ áp trong mạch đang dùng là lấy từ nguồn 220VAC chuyển sang 3.3VDC nên chú ý tránh để bị giật khi sờ vào (để an toàn thì ta hãy lắp ráp xong hết linh kiện rồi mới cắm vào nguồn 220VAC từ ổ điện)

- Vì mạch còn đơn sơ nên sẽ có nhiều những lỗi thông tin cảm biến nhiễu từ con cảm biến PIR

1.4 Kết luận:

Cảm biến chuyển động mang lại rất nhiều những lợi ích cũng như sự tiện nghi cho người sử dụng cho nên đã có nhiều kỹ sư đã áp dụng nó vào trong các thiết bị điện tử như camera, đèn điện, máy chống trộm Và để thiết kế mạch cảm

Nguyên lý hoạt động của hệ thống như sau:

Mạch báo trộm này rất đơn giản, bất cứ khi nào cảm biến PIR Sensor phát hiện bất kỳ chuyển động nào của cơ thể con người, hay vật sống có thân nhiệt nào, chân OUTPUT của nnêcos mức tín hiệu thông báo lên High 3.3V Khi này, chân OUTPUT làm báo tín hiệu chuyển tới con Transistor BC547 để Transistor

Mạch Cảm Biến Chuyển Động PIR

Transistor BC547 (Bộ phận khuếch đại

âm thanh)

Còi 3015B SFM-27

Buzzer (Bộ phận cảnh báo)

PIR Sensor

(Bộ phận cảm biến)

Figure 11: Mạch mô phỏng trên Proteus

Trên cơ sở của sơ đồ khối chúng ta có sơ đồ mô phỏng mach như sau:

Figure 12: Sơ đồ nguyên lý mô phỏng mạch

Figure 13: Bảng mạch mô phỏng trên Proteus (phía sau)

19

Figure 14: Bảng mạch mô phỏng trên Proteus (phía trước)

2.2.2 Nguyên lý hoạt động:

Nguyên lý hoạt động của mạch như sau:

Cấp cho mạch nguồn điện 220VAC (dòng điện xoay chiều) vào mạch nguồn chuyển đổi hạ áp sang 3.3VDC (dòng điện một chiều) Sau đó, mạch được cấp điện cho từ nguồn 3.3VDC đã được chuyển đổi Lúc này, khi không có con người, hay sinh vật sống thân nhiệt nào phát ra tia hồng ngoại đi qua phạm vi hoạt động của con cảm biến chuyển động PIR Sensor thì chân OUT của con cảm biến sẽ đưa ra mức tín hiệu là LOW 0V đến cho con transistor BC547, khi mức tín hiệu

là 0V đi qua transistor thì tức là không có dòng điện đi qua nên lúc này cái còi không kêu Khi có con người, hay sinh vật sống thân nhiệt phát ra tia hồng ngoại hoạt dộng trong phạm vi cảm biến của con cảm biến chuyển động PIR Sensor thì khi này chân OUT của con cảm biến sẽ nhận được mức tín hiệu là HIGH 3.3V, mức tín hiệu này sẽ được dẫn qua một con trở có giá trị 3.3K rồi mới chuyền tín hiệu đến chân B của Transistor BC547, mục đích sử dụng điện trở 3.3K ở đây là

để tăng mức ổn áp cho đầu OUT của con cảm biến chuyển động khi phát tính hiệu HIGH 3.3V vào chân B của Transistor BC547 Khi này chân E của Transistor BC547 được nối với dây dương của còi cho phép Transistor khuếch

20

đại tín hiệu từ chân OUT có mức HIGH 3.3V vào còi để khuếch đại âm thanh của còi lên to hơn

2.2.3 Tính toán, lựa chọn tham số mạch và linh kiện:

Ta dùng Transistor BC547 có mục đích khuếch đại âm thanh, trong đó các thông số của Transistor BC547 đã được nêu ở trên, dựa vào đó ta tính toán tìm

ra điện trở cần thiết để chạy ổn định cho Transistor BC547 như sau:

𝑅 = 𝑉𝐵

𝐼𝐵 = 3630 Ω Vậy ta chọn điện trở có mức 3.3K ohm để làm điện trở cho mạch nối chân OUT của cảm biến chuyển động đến chân B của Transistor

2.3 Kết luận:

Cách tính toán còn sơ sài, có sai số trong quá trình tính toán và chọn linh kiện phù hợp cho mạch của đề tài, linh kiện – bảng mạch còn nhiều thô sơ, thiếu sót, chưa biết cách tối ưu, thu gọn được bản mạch một cách ngăn nắp, khoa học Trong mạch cảm biến chuyển động phát động còi sử dụng nguồn 3.3VDC này,

do yêu cầu chính của đề bài là chế tạo mạch cảm biến chuyển động nên chúng

em đã tự mua mạch hạ áp từ nguồn 220VAC về 3.3VDC để phục vụ cho quá trình nghiên cứu làm đề tài do ngoài thị trường không có loại pin nguồn 3.3VDC

và bọn em cũng không biết tự chế tạo ra pin nguồn 3.3VDC Bên cạnh đó, chúng

em nhận xét thấy mạch cảm biến chuyển động này còn chưa được hoạt động thật

sự tốt và còn có nhiều khi còn cảm nhận sai gây nhiễu tín hiệu Em mong thầy

cô nhận xét, giúp đỡ chúng em để chúng em hoàn thiện hơn về đề tài chúng em làm Em xin trân trọng cảm ơn!

21

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ KẾT LUẬN

3.1 Kết quả mô phỏng

Figure 15: Mạch mô phỏng trên Proteus

Do còn nhiều lỗi kĩ thuật và do máy tính xử lý chưa tốt nên mạch mô phỏng này bọn em chưa thể chạy được Mong thầy cô đánh giá và nhận xét giúp đỡ chúng em phát triển thêm

Figure 16: Hình ảnh mô phỏng phần mạch in trên proteus

22

3.2.2 Nguyên lý điều khiển hệ thống

- Đây là hệ thống điều khiển tự động cần nguồn cấp 3.3VDC trở lên

3.2.3 Kết luận và hướng phát triển của đề tài

- Về kiến thức:

+ Đã nghiên cứu về các vấn cảm biến và điều khiển nhiệt độ đơn giản

+ Qua quá trình nghiên cứu cũng như tinh toán thì lựa chọn được những linh kiện phù hợp nhất với đề bài yêu cầu

- Về thực nghiệm:

+ Chế tạo được thiết bị cảnh báo chuyển động

+ Ứng dụng thành công thiết bị cảm biến nhiệt độ

+ Nâng cao kỹ năng vận hành thiết bị đo, dụng cụ điện tử,

- Hướng phát triển:

+ Tự cảnh báo khi cảm nhận được nhiệt độ cao

+ Ngắt khi mạch không còn phát hiện tín hiệu từ Pir sensor

+ Hẹn giờ tắt thông báo

23

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] : Chuy%E1%BB%83n-%C4%90%E1%BB%99ng-PIR-HC-SR501-

https://nshopvn.com/product/cam-bien-than-nhiet-chuyen-dong-pir-hc-[7] : https://dientutuonglai.com/bc547.html (Accessed: November 21th, 2022) [8], [9]: https://dientutuonglai.com/bc547.html (Accessed: November 20th, 2022)

[10] : 3015b-sfm-27-buzzer-am-thanh-bip-theo-nhip_sp798_ct7099.aspx (Accessed: November 21th, 2022)

https://linhkienchatluong.vn/buzzer -coi-chip -coi-bao/coi-chip-3-24v-[11], [12]: 3015a-chuyen-dung-p14614018823402907930 (Accessed: November 20th, 2022)

https://muarenhat.vn/set-2-coi-bao-dien-tu-sf-27-dc6-dc3-24v-[13] : https://khaian.vn/san-pham/dien-tro-cuoi-tuyen-3k3-ohm (Accessed: November 21th, 2022)

[14] : 1669049995.5 (Accessed: November 21th, 2022)

https://shopee.vn/product/37693385/632583672?smtt=0.350853956-[15] : 600ma-cach-ly_sp917_ct6699.aspx (Accessed: November 21th, 2022)

https://www.youtube.com/watch?v=KANKGVL3rJc&list=LL&index=1

(Accessed: November 20th, 2022)