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

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 Ngành KỸ THUẬT CƠ KHÍ Lớp 20DCKA1 Giảng viên hướng[.]

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

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

TP HCM, ngày 15 tháng 03 năm 2022

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

Lê Trung Hậu Võ Thị Bích Ngọc

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

Kết quả thực hiện của sinh Tuần Ngày Nội dung thực hiện viên (Giảng viên hướng dẫn

- Xác nhận đăng ký chính Từ:21/03/2022 thức đề tài thực hiện.

2 Đến:27/03/2022 - Viết chương tổng quan.

- Thiết kế sơ đồ khối cho mạch

- Viết chương kiến thức hỗ Từ:28/03/2022 trợ.

Đến:03/04/2022 - Đọc tài liệu

- Tìm hiểu cách tính toán

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

- Viết báo cáo

- Tính toán thiết kế mạch Từ:04/04/2022 nguyên lý

Đến:10/04/2022 - Vẽ mạch nguyên lý

nguyên lý hoạt động của mạch trên phần mềm

Kết quả thực hiện của sinh Tuần Ngày Nội dung thực hiện 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)

Tiêu chí đánh giá về

Tổng điểm quá trình thực hiện đồ Điểm Điểm quá

tiêu chí đánh

giá về quá Tính chủ Đáp ứng bảo vệ 0.5*tổng

trình thực

Họ tên sinh viên Mã số SV hiện đồ án

(tổng 2 cột

điểm 1+2) (tối đa 5 điểm) (50%) báo cáo

50%

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 vào phần điểm chỉnh sửa.

Sinh viên thực hiện TP HCM, ngày tháng 06 năm 2022Giảng viên hướng dẫn

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

Lê Trung Hậu

Võ Thị Bích Ngọc

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tin em xin chân thành cảm ơn tất quý Thầy/Cô của trường Đại học Công Nghệ TP Hồ Chí Minh, cũng như quý Thầy/Cô trong Viện Kỹ thuật

HUTECH đã giảng dạy, truyền đạt những kiến thức hữu ích cũng như kinh

nghiệm quý báu cho em trong thời gian qua.

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 chohoạt 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 cuộcsống 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 cáclĩnh 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 hiểuđược 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: cáchtính 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

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

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

Kí hiệu: được kí hiệu là C

Hình 2.3: Tụ điện

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 tụchính 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

2.3 IC NE555

IC NE555 gồm có 8 chân

- Chân số 1 GND: Nối đất

- Chân số 2 TRIGGER (kích khởi): Điểm nhạy mức với 1 V cc Khi điện

áp ở chân này dưới 13 Vcc thì ngõ ra của FF xuống [0], gây cho chân 3 ̅

tạo một trạng thái cao

cao trong khoảng thời gian định thì Vì tầng ra tích cực ở cả 2 chiều, nó cóthể cấp hoặc hút dòng đến 200mA

- Chân số 4 RESET: Khi điện áp ở chân này nhỏ hơn 0,4V: chu kỳ địnhthì 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 V cc

- Chân số 5 CONTROL VOLTAGE (điện áp điều khiển): bên trong là điểm 2 V cc 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 V cc Khi điện áp ở chân này > 2 V cc FF Reset làm cho chân 3 ở trạng thái thấp.

dùng để xả tụ định thì Vì dòng collector bị giới hạn, nó có thể dùng vớicác tụ rất lớn (>1000µF) không bị hư

8

- Chân số 8 Vcc: Điện áp cấp nguồn có thể từ 4,5V đến 16V so với chânmass Việc định thì tương đối độc lập với điện áp này Sai số định thì dothay 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

Hình 2.4: IC NE555

Hình 2.5: Cấu tạo IC NE555

9

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 ̅ = [0] Ngõ ra của IC ở mức 1.Khi ̅ = [0],

transistor tắt, tụ C tiếp tục nạp qua R, điện áp trên tụ tăng Khi nhấncông 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 ̅ vẫn không đổi Trong khi điện áp tụ C Q

nhỏ hơn V2, FF vẫn giữ nguyên trạng thái đó

Giai đoạn ngõ ra ở mức 0:

[0] và ̅ = [1] Ngõ ra c ủa IC ở mức 0.

Q

Vì = [1], transistor mở dẫn, Op-amp2 có V+ = [0] bé hơn V-, ngõ ra

của Op-amp 2 ở mức 0 Vì vậ y Q và ̅ không đổi giá trị, tụ C xả điện

Q

thông qua transistor

Kết quả cuối cùng:

10

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

TSOP1738 là bộ thu tín hiệu IR với bộ khuếch đại hoạt động như một

bộ chuyển mạch và bộ chuyển đổi trong mạch Có một đầu vào và đầu

ra chỉ hoạt động trên đầu vào tín hiệu IR Chức năng của TSOP1738 là chuyển đổi tín hiệu IR thành tín hiệu điện

Mỗi bộ thu IR đều có một tần số đặc biệt để hoạt động TSOP1738 hoạtđộng 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 Nóchỉ 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

Mô tả sơ đồ 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

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

• Có bộ thu tín hiệu và bộ khuếch đại IR trong cùng một package duy nhất

• Mức tần số đặc biệt hoạt động với một thiết bị cụ thể

• TSOP1738 có bộ lọc bandpass bên trong để tránh ánh sáng xung quanh, đặc biệt là ánh sáng mặt trời

• Bộ lọc bên trong cung cấp tần số PCM cho các tín hiệu analog.

• Có thể sử dụng được với các vi điều khiển, IC hoặc

vi xử lý chuẩn TTL / CMOS

• Có nhiều tính năng nhưng vi mạch vẫn có mức tiêu thụ điện 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.

• TSOP1738 có tốc độ truyền 1200bits / s và có thể nhận dữ liệu với tốc độ tương tự

• Trong quá trình hàn, IC luôn giữ nhiệt độ thấp hơn

260 ⁰C gần các chân của nó nếu không nó sẽ bị cháy donhiệt độ bên ngoài trong quá trình hàn

Nguyên lý hoạt động bộ thu tín hiệu IR

13

Hình ảnh cho trước là sơ đồ khối tổng quát của các thành phần bên trongTSOP1738 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 khoảngcách ngắn Sự thay đổi của thời tiết và ánh sáng mặt trời đôi khi có thể ảnhhưởng 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 là38KHz.

Bộ giải mã

Bộ giải mã được kết nối với transistor NPN ở một đầu và mắc với bộlọc 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