Đồ án môn học kỹ thuật điện tử thiết kế và thi công mạch báo trộm bằng hồng ngoại 555

Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH BÁO TRỘM BẰNG HỒNG

NGOẠI 555

Giảng viên hướng dẫn: Võ Thị Bích Ngọc

Sinh viên thực hiện: Lê Trung Hậu

MSSV: 2011040065

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH BÁO TRỘM BẰNG HỒNG

NGOẠI 555

Giảng viên hướng dẫn: Võ Thị Bích Ngọc

Sinh viên thực hiện: Lê Trung Hậu

MSSV: 2011040065

Đề số:…… VIỆN KỸ THUẬT HUTECH

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI TÊN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài (sĩ số trong

nhóm……): 01

(1) Lê Trung Hậu MSSV: 2011040065 Lớp: 20DCKA1

2 Tên đề tài: Thiết kế và thi công mạch báo trộm bằng hồng ngoại

3 Các dữ liệu ban đầu:

- Tìm hiểu tổng quan về đề tài đồ án, mục tiêu thiết kế

- Thiết kế sơ đồ khối cho mô hình “ Mạch báo trộm bằng hồng ngoại ”

- Tìm hiểu datasheet của các linh kiện dùng để thiết kế mạch nguyên lý chi tiết

gồm: Điện trở, Tụ điện, IC NE555, TSOP 1738, IC UM66, Led hồng ngoại,

Transistor BC548,….

4 Nội dung nhiệm vụ:

- Thiết kế, tính toán giá trị, lựa chọn linh kiện để thi công mô hình thực tế

- Mô phỏng nguyên lý hoạt động của mạch trên phần mềm mô phỏng

- Thi công mô hình phần cứng

- Viết báo cáo đồ án

5 Kết quả tối thiểu phải có:

1) Báo cáo đồ án

2) Mô hình mạch thi công (Sơ đồ nguyên lý chi tiết; Mạch PCB)

Ngày giao đề tài: 15/ 03/ 2022 Ngày nộp báo cáo: 6/6/2022

Sinh viên thực hiện Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên các thành viên) (Ký và ghi rõ họ tên)

VIỆN KỸ THUẬT HUTECH

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC & ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN

TÊN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

(Do giảng viên hướng dẫn ghi và giao lại cho sinh viên đóng vào cuốn báo cáo)

1 Tên đề tài: Thiết kế và thi công mạch báo trộm bằng hồng ngoại

2 Giảng viên hướng dẫn: Võ Thị Bích Ngọc

3 Sinh viên/ nhóm sinh viên thực hiện đề tài (sĩ số trong nhóm……): 01

(1) Lê Trung Hậu MSSV: 2011040065 Lớp: 20DCKA1

Tuần Ngày Nội dung thực hiện

Kết quả thực hiện của sinh viên (Giảng viên hướng dẫn

- GV hướng dẫn quy trình thực hiện thực hiện đồ

án, cách trình bày báo cáo đồ án

2

Từ:21/03/2022

Đến:27/03/2022

- Xác nhận đăng ký chính thức đề tài thực hiện

- Viết chương tổng quan

- Thiết kế sơ đồ khối cho mạch

- Thực hiện mô phỏng nguyên lý hoạt động của mạch trên phần mềm

- Viết báo cáo

4

Từ:04/04/2022

Đến:10/04/2022

- Tính toán thiết kế mạch nguyên lý

- Vẽ mạch nguyên lý

- Thực hiện mô phỏng nguyên lý hoạt động của mạch trên phần mềm

- Viết báo cáo

Tuần Ngày Nội dung thực hiện

Kết quả thực hiện của sinh viên (Giảng viên hướng dẫn

Điểm quá trình = 0.5 x Tổng điểm tiêu chí đánh giá + 0.5 x điểm báo cáo ĐAMH

Lưu ý: Tổng điểm tiêu chí đánh giá về quá trình thực hiện đồ án; Điểm báo cáo bảo vệ đồ án môn học; Điểm quá trình (Ghi theo thang điểm 10)

Họ tên sinh viên Mã số SV

Tiêu chí đánh giá về quá trình thực hiện đồ

án

Tổng điểm tiêu chí đánh giá về quá trình thực hiện đồ án (tổng 2 cột điểm 1+2) 50%

Điểm báo cáo bảo vệ

đồ án môn học (50%)

Điểm quá trình = 0.5*tổng điểm tiêu chí + 0.5*điểm báo cáo

Tính chủ động, tích cực, sáng tạo (tối đa 5 điểm)

Đáp ứng mục tiêu

đề ra (tối đa 5 điểm)

Lê Trung Hậu 2011040065

Ghi chú: Điểm số nếu có sai sót, GV gạch bỏ rồi ghi lại điểm mới kế bên và ký nháy

Sinh viên thực hiện

(Ký và ghi rõ họ tên các thành viên)

Lê Trung Hậu

TP HCM, ngày tháng 06 năm 2022

Giảng viên hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

Võ Thị Bích Ngọc

Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Cô Võ Thị Bích Ngọc, người

đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án môn học này

Xin cảm ơn tất cả các bạn, các anh/chị đã tận tình giúp đỡ và quan tâm tới tác giả trong suốt quá trình thực hiện thành đồ án môn học này

Vì lần đầu làm đồ án, kiến thức chuyên môn còn hạn chế và bản thân còn thiếu kinh nghiệm thực tiễn nên nội dung của báo cáo sẽ không tránh khỏi những thiếu sót

Với ước mong học hỏi, em rất mong nhận được sự góp ý, hướng dẫn, chỉ bảo thêm của quý Thầy/Cô giáo để em rút kinh nghiệm cho những đồ án tiếp theo được tốt hơn

Tác giả xin chân thành cảm ơn!

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020

Sinh viên thực hiện

Mục lục

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN 3

1.1 Lý do chọn đề tài 3

1.2 Mục tiêu của đề tài 3

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 Điện trở 4

2.2 Tụ điện 6

2.3 IC NE555 8

2.4 TSOP 1738 11

2.5 IC UM66 15

2.6 Led hồng ngoại 16

2.7 Transistor BC548 18

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 20

3.1 Sơ đồ khối và chức năng của các khối 20

3.1.1 Sơ đồ khối 20

3.1.2 Chức năng của từng khối 20

3.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA MẠCH 22

3.2.1 Khối phát tín hiệu hồng ngoại 22

3.2.2 Khối thu tín hiệu hồng ngoại và phát tín hiệu báo động 23

3.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH 23

3.3.1 Mạch phát: 23

3.3.2 Mạch thu 24

3.4 SƠ ĐỒ MẠCH THI CÔNG 25

3.4.1 Mạch phát: 25

3.4.2 Mạch thu 27

Chương 4: Kết luận và định hướng phát triển 30

4.1 Kết luận: 30

4.2 Định hướng phát triển: 30

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN

1.1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học

kỹ thuật tiên tiến của thế giới, chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày càng cao hơn

Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành, lĩnh vực khác nhau cho đến nhu cầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hàng ngày Một trong những ứng dụng của rất quan trọng của

ngành công nghệ điện tử là kỹ thuật điều khiển từ xa bằng hồng ngoại

Sử dụng hồng ngoại được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp và các lĩnh vực khác trong cuộc sống với những thiết bị điều khiển từ xa rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tế thật cao

1.2 Mục tiêu của đề tài

Điện tử được ứng dụng rộng rãi và phổ biến trong mọi lĩnh vực nên với sinh viên học ngành kỹ thuật thì yêu cầu cần phải được

trang bị kiến thức điện, điện tử để có thể phân tích, thiết kế, thi công, lắp đặt và vận hành, bảo trì, bảo dưỡng các thiết bị điện tử, dây chuyền sản xuất trong công nghiệp

Nhằm mục đích áp dụng kiến thức đã học lý thuyết môn kỹ thuật điện tử vào trong thiết kế ứng dụng thực tế nên em quyết định chọn

thực hiện đề tài: “MẠCH BÁO TRỘM BẰNG HỒNG NGOẠI”.

Với việc thực hiện đồ án môn học này cũng nhằm giúp em hiểu được chức năng của các linh kiện dùng trong mạch, sự liên kết của

chúng trong việc thiết kế mạch điện tử và sử dụng các linh kiện điện tử

Ngoài ra, việc thực hiện đồ án cũng giúp em hiểu được: cách tính toán thiết kế mạch; biết sử dụng phần mềm Proteus để mô phỏng cũng như thiết kế PCB cho mạch điện tử; biết cách kiểm tra một số vấn

đề linh kiện trong mạch khi có hư hỏng…

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

- Kí hiệu:

- Hình dạng thực tế:

Hình 2.1: Điện trở

- Cách đọc trị số điện trở 4 vòng màu: Giá trị điện trở thường được thể

hiện qua các vạch màu trên thân điện trở, mỗi màu đại diện cho một số

Bảng màu điện trở

Tính giá trị điện trở

Đối với điện trở 4 vạch màu:

- Vạch màu thứ nhất: Chỉ giá trị hàng chục trong giá trị điện trở

- Vạch màu thứ hai: Chỉ giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở

- Vạch màu thứ ba: Chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ của 10 dùng nhân với giá trị điện trở

- Vạch màu thứ 4: Chỉ giá trị sai số của điện trở

tụ phân cực có thể bị hư và hoạt động sai Ngoài ra người ta còn gọi tên

tụ điện theo vật liệu làm tụ, ví dụ: tụ gốm, tụ giấy, tụ hóa

- Hình dạng: tụ điện có khá nhiều hình dạng khác nhau

Kí hiệu: được kí hiệu là C

Biểu tượng trên mạch điện:

Đơn vị của tụ điện

- Đơn vị của tụ điện là Fara, 1 Fara có trị số rất lớn và trong thực tế người ta thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như

+ P(Pico Fara) 1 Pico = 1/1000.000.000.000 Fara (viết gọn là 1pF)

+ N(Nano Fara) 1 Nano = 1/1000.000.000 Fara (viết gọn là 1nF)

+ MicroFarra 1 Micro = 1/1000.000 Fara (viết gọn là 1µF)

=> 1µF = 1000nF = 1.000.000 Pf

Cách đọc giá trị của tụ điện:

- Đọc trực tiếp trên thân điện trở, ví dụ 100µF (100 micro Fara)

Nếu là số dạng 103J, 223K, 471J vv thì đơn vị là pico, hai số đầu giữ nguyên , số thứ 3 tương ứng số lượng số 0 thêm vào sau( chữ J hoặc K ở cuối kà ký hiệu cho sai số)

- Ví dụ 1:103J sẽ là 10000 pF (thêm vào 3 số 0 sau số 10) = 10 nF

- Ví dụ 2: 471K sẽ là 470 pF (thêm 1 số 0 vào sau 47)

Sau trị số điện dung bao giờ cũng có giá trị điện áp, điện áp ghi trên tụ chính là điện áp cực đại mà tụ có thể chịu được, vượt qua giá trị này thì

tụ điện có thể bị hư hỏng hoặc bị cháy nổ

áp ở chân này dưới 1

3Vcc thì ngõ ra 𝑄̅ của FF xuống [0], gây cho chân 3 tạo một trạng thái cao

- Chân số 3 OUTPUT (ra): Thường ở mức thấp và chuyển thành mức cao trong khoảng thời gian định thì Vì tầng ra tích cực ở cả 2 chiều, nó

có thể cấp hoặc hút dòng đến 200mA

- Chân số 4 RESET: Khi điện áp ở chân này nhỏ hơn 0,4V: chu kỳ định thì bị ngắt, đưa 555 về trạng thái không có kích Đây là chức năng ưu tiên để 555 không thể bị kích trừ khi bị RESET được giải phóng (>1,0V) Khi không sử dụng nối chân 4 lên Vcc

- Chân số 5 CONTROL VOLTAGE (điện áp điều khiển): bên trong là điểm 2

3Vcc Một điển trở nối đất hoặc điện áp ngoài có thể được nối vào chân 5 để thay đổi các điểm tham khảo (chuẩn) của comparator Khi không sử dụng cho mục đích này, nên gắn 1 tụ nối đất ≥0,01µF cho tất

cả các ứng dụng nhằm để lọc các xung đỉnh nhiễu nguồn cấp điện

- Chân số 6 THRESHOLD (ngưỡng): Để nhạy mức với 2

3Vcc Khi điện

áp ở chân này > 2

3Vcc FF Reset làm cho chân 3 ở trạng thái thấp

- Chân số 7 DISCHARGE (xả): Cực thu của transistor, thường được dùng để xả tụ định thì Vì dòng collector bị giới hạn, nó có thể dùng với các tụ rất lớn (>1000µF) không bị hư

- Chân số 8 Vcc: Điện áp cấp nguồn có thể từ 4,5V đến 16V so với chân mass Việc định thì tương đối độc lập với điện áp này Sai số định thì do thay đổi nguồn điện tiêu biểu < 0,005% V

Cấu tạo của NE555 gồm OP-amp so sánh điện áp, mạch lật và transistor

để xả điện Cấu tạo của IC đơn giản nhưng hoạt động tốt Bên trong gồm

3 điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành 3 phần Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn Điện áp 1

3Vcc nối vào chân dương của Op-amp 1 và điện áp 2

3Vcc nối vào chân âm của Op-amp 2 Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 13Vcc, chân S = [1] và FF được kích Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn

FF không reset

Giai đoạn ngõ ra ở mức 1:

Khi bấm công tắc khởi động, chân 2 ở mức 0

Vì điện áp ở chân 2 (V-) nhỏ hơn V1(V+), ngõ ra của Op-amp 1 ở mức

1 nên S = [1], Q = [1] và Q̅ = [0] Ngõ ra của IC ở mức 1.Khi Q̅ = [0], transistor tắt, tụ C tiếp tục nạp qua R, điện áp trên tụ tăng Khi nhấn công tắc lần nữa Op-amp 1 có V- = [1] lớn hơn V+ nên ngõ ra của Op-amp 1 ở mức 0, S = [0], Q và Q̅ vẫn không đổi Trong khi điện áp tụ C nhỏ hơn V2, FF vẫn giữ nguyên trạng thái đó

Giai đoạn ngõ ra ở mức 0:

Khi tụ C nạp tiếp, Op-amp 2 có V+ lớn hơn V- = 2

3Vcc, R = [1] nên Q = [0] và Q̅ = [1] Ngõ ra của IC ở mức 0

Vì = [1], transistor mở dẫn, Op-amp2 có V+ = [0] bé hơn V-, ngõ ra của Op-amp 2 ở mức 0 Vì vậy Q và Q̅ không đổi giá trị, tụ C xả điện

thông qua transistor

Kết quả cuối cùng:

Ngõ ra OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vuông, có chu kỳ ổn định

Mỗi bộ thu IR đều có một tần số đặc biệt để hoạt động TSOP1738 hoạt động ở tần số IR 38KHz Trong trường hợp tần số cao hơn hoặc thấp hơn, nó có thể hoạt động với dòng điện bị rò rỉ hoặc gặp một số lỗi khác

và sẽ không hoạt động hoàn toàn

Sử dụng công nghệ bán dẫn silicon, hoạt động ở cấp độ micro rất nhạy

và hiệu quả với các chức năng Tóm lại, TSOP có kích thước nhỏ và việc sử dụng với vi điều khiển và bộ vi xử lý làm nó trở nên thông minh

và an toàn

Sơ đồ chân TSOP 1738:

TSOP1738 là một bộ thu tín hiệu IR hoạt động như một công tắc Nó

chỉ có ba chân kết nối TSOP với các thiết bị khác và cho giao tiếp dữ liệu không dây

Hình 2.6: TSOP 1738

Cấu hình chân TSOP 1738:

Nó cũng có dạng kim loại như trong hình bên dưới:

Hình 2.7: Cấu hình chân

GND: Chân nối đất làm điểm mass chung với các thiết bị khác,

đặc biệt là vi điều khiển và IC

VSS: Là chân đầu vào cấp nguồn để kích hoạt bộ giải mã bên

trong và bộ thu IR Nguồn điện phải theo đặc tính kỹ thuật và chỉ nên cấp ở chân nguồn Trong trường hợp đầu vào nguồn điện cấp sai chân và ngay cả có giá trị thấp, thì IC sẽ bắt đầu nóng lên mà bạn có thể nhận thấy bằng cách chạm vào nó Cuối cùng, việc đốt nóng sẽ làm hỏng

TSOP

Output: Dữ liệu sẽ xuất ra dưới dạng xung Chân đầu ra có thể

giao tiếp với các thiết bị chuẩn logic TTL / CMOS có điện trở nhỏ Dữ liệu đầu ra sẽ ở dạng điện áp

Các tính năng của bộ thu tín hiệu IR TSOP1738

duy nhất

quanh, đặc biệt là ánh sáng mặt trời

chuẩn TTL / CMOS

năng thấp và việc tiêu thụ điện năng chỉ xảy ra khi nó đang hoạt động Ở trạng thái ngủ, mức tiêu thụ điện năng trở nên thấp hơn

các chân của nó nếu không nó sẽ bị cháy do nhiệt độ bên ngoài trong quá trình hàn

Hình ảnh cho trước là sơ đồ khối tổng quát của các thành phần bên trong TSOP1738 Chi tiết của mọi thành phần được thảo luận dưới đây:

Hình 2.8: Sơ đồ khối TSOP 1738

AGC

Từ sơ đồ khối có thể thấy rõ các thành phần bên trong nhưng ở đây việc sử dụng từng thành phần là có lý do Bộ thu IR có thể hoạt động trực tiếp nhưng trong TSOP các thành phần khác làm cho nó trở nên thông minh và an toàn Đầu tiên IR được kết nối với bộ AGC (Kiểm soát

độ lợi tự động) AGC khuếch đại đầu vào của các tín hiệu đầu vào khác nhau từ bộ thu IR Sau đó AGC chuyển đầu ra tới bộ lọc Bandpass

Bộ lọc băng thông (Bandpass filter)

Bộ lọc bandpass có nhiều vai trò trong TSOP Đầu tiên, nó chuyển đổi tín hiệu analog sang đầu ra digital, sau đó chuyển đến bộ giải mã Sự kết hợp giữa AGC và bộ lọc bandpass cũng làm nó tránh được mọi ánh sáng xung quanh, đặc biệt là ánh sáng mặt trời Thiết bị có bảo vệ ánh sáng mặt trời bên trong nhưng vẫn được công ty khuyến nghị nên sử dụng ở khoảng cách ngắn Sự thay đổi của thời tiết và ánh sáng mặt trời đôi khi có thể ảnh hưởng đến việc truyền tải tín hiệu bằng TSOP Bộ lọc

bandpass cũng làm cho vi mạch chỉ hoạt động ở một tần số đặc biệt là 38KHz

Bộ giải mã

Bộ giải mã được kết nối với transistor NPN ở một đầu và mắc với bộ lọc bandpass ở đầu kia Dữ liệu đầu ra từ bộ lọc bandpass sẽ được đưa vào bộ giải mã sẽ điều khiển transistor NPN sử dụng tín hiệu đầu vào thấp Transistor NPN được kết nối trực tiếp với nguồn với đầu ra cực collector và cực emitter được nối mass Mỗi tín hiệu logic thấp sẽ tắt transistor NPN và nguồn điện sẽ được đưa tới chân đầu ra

Mạch điều khiển

Mạch điều khiển hoạt động như một công tắc cho bộ giải mã và bộ lọc bandpass Nó tạo ra tín hiệu đầu ra bất cứ khi nào bộ lọc bandpass tạo ra tín hiệu đầu ra, mạch điều khiển tạo tín hiệu đầu ra thông báo cho

bộ giải mã và AGC khi hoàn thành quá trình lọc tín hiệu

Các ứng dụng bộ thu IR TSOP1738

tại đều sử dụng TSOP1738 bên trong Như TV, AC, Cửa tự động,…

với bộ phát tín hiệu IR

lạc nhỏ nhưng chỉ dành cho liên lạc một chiều

2.5 IC UM66