Đồ Án Cơ Sở 1 - Mạch Cảm Biến Âm Thanh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ – ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CƠ SỞ 1 MẠCH CẢM BIẾN ÂM THANH Ngành CƠ ĐIỆN ĐIỆN TỬ Chuyên ngành ĐIỆN CÔNG NGHIỆP LỜI CẢM ƠN eee Xin chân[.]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ – ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN CƠ SỞ 1

MẠCH CẢM BIẾN ÂM THANH

Ngành: CƠ - ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

Chuyên ngành: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

LỜI CẢM ƠN

eee Xin chân thành cảm ơn thầy Hoàng Văn Vinh là giáo viên hướng dẫn đồ án đã giúp

em hoàn thành đồ án môn học và ôn lại một số kiến thức cũ,bổ sung thêm kiến thứcmới trong quá trình thực hiện đồ án

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN iii

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH vi

1 Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ: 1

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI: 1

1.3 NỘI DUNG ĐỀ TÀI: 1

1.4 YÊU CẦU ĐỀ TÀI: 1

1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: 1

1.6 KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN: 1

2 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

2.1 MICROPHONE: 3

2.2 TỤ ĐIỆN: 3

2.2.1 Tụ điện phân cực: 3

2.2.2 Tụ không phân cực: 4

2.2.3 Điện trở: 4

2.3 TRANSISTOR BC549 NPN: 4

2.3.1 Ứng dụng: 5

2.4 IC LM555: 5

2.4.1 Cấu tạo: 5

2.4.2 Ứng dụng: 6

3 Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 7

3.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI: 7

3.1.1 Sơ đồ khối tổng thể: 7

3.1.2 Nhiệm vụ các khối: 7

3.1.2.1 Khối đầu vào: 7

3.1.2.2 Khối cảm nhận: 7

3.1.2.3 Khối khuyếch đại: 9

3.1.2.4 Khối xử lý tạo trễ: 10

3.1.2.5 Khối cảnh báo: 11

3.2 THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ: 12

3.2.1 Khối cảm nhận: 12

3.2.1.1 Thiết kế mạch: 12

3.2.1.2 Nguyên lý hoạt động của mạch: 12

3.2.2 Khối khuyết đại: 13

3.2.2.1 Thiết kế mạch: 13

3.2.2.2 Nguyên lý hoạt động: 13

3.2.3 Khối xử lý tạo trễ: 14

3.2.3.1 Thiết kế mạch: 14

3.2.3.2 Nguyên lý hoạt động: 15

3.2.4 Khối tải: 16

3.2.4.1 Nguyên lý hoạt động của mạch: 16

3.2.5 Nguyên lý hoạt động toàn mạch: 17

4 Chương 4 THI CÔNG MẠCH 18

4.1 Sơ đồ mạch in: 18

4.1.1 Sơ đồ mạch: 18

4.1.2 Phương pháp làm mạch in: 18

4.1.3 Mô hình mạch: 18

5 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 19

5.1 Kết luận 19

5.2 Hướng phát triển: 19

6 Tài liệu tham khảo: 19

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH

Hình 2-1 electret microphone(micro điện)

Hình 2-2 Tụ điện phân cực

Hình 2-3 Tụ không phân cực (tụ gốm)

Hình 2-4 điện trở

Hình 2-5 transistor bc549 npn

Hình 2-6 Sơ đồ cấu tạo bên trong IC 555

Hình 2-7 IC 555

1 Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ:

Với nhu cầu phát triển hiện nay,chúng ta đang từng bước công nghiệp hóa và hiệnđại hóa cuộc sống.nên việc tự động hóa các việc làm hiện nay là cần thiết.Chỉ cầnmột tiếng vỗ tay là chúng ta có thể tắt hoặc mở bóng đèn hoặc một thiết bị khác

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI:

Nhắc lại kiến thức căn bản của môn điện tử

Khảo sát một số linh kiện có trong mạch

Hoàn thiện kỹ năng làm mạch

Mạch hoạt động tốt

1.3 NỘI DUNG ĐỀ TÀI:

Sữ dụng phẩn mềm thiết kế mạch,tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của các linh kiện,các khối trong mạch.Phương pháp làm mạch in

1.4 YÊU CẦU ĐỀ TÀI:

Khi có tín hiệu vào đến khối cảm biến là một tín hiệu âm thanh sẽ làm thay đổi trạngthái đầu ra là bóng đèn hoặc một động cơ nào đó

Cấu tạo đơn giản,dễ dàng lắp đặt,linh kiện dễ tìm kiếm,thông dụng

Nguồn đưa vào điều khiển là nguồn DC9v

1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

Thu thập thông tin từ những bạn bè đang làm trong lĩnh vực điện tử,từ những tài liệu

mà trước đây đã học.Sữ dụng phàn mềm proteus để thiết kế mạch và chạy mô phỏng

1.6 KẾT CẤU CỦA ĐỒ ÁN:

Gồm 5 chương

Chương 1: Giới thiệu đề tài

Chương 2 : Cơ sở lý thuyết

Chương 3 : Tính toán và thiết kế

Chương 4 : Thi công mô hình

Chương 5 : Kết luận

2

2 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 MICROPHONE:

Electret Microphone (Micro điện):

Loại micro được sử dụng nhiều nhất trên thế giới được phát minh vào năm 1962 bởi Gerhard Sessler và Jim West chính là micro điện

Hình 2-4 điện trở.

2.3 TRANSISTOR BC549 NPN:

Transistor là một loại linh kiện bán dẫn chủ động, thường được sử dụng như một phần

tử khuếch đại hoặc một khóa điện tử

Hình 2-5 transistor bc549 npn

2.3.1 Ứng dụng:

Vì đáp ứng nhanh và chính xác nên các transistor được sử dụng trong nhiều ứng dụngtương tự và số, như khuếch đại, đóng cắt, điều chỉnh điện áp, điều khiển tín hiệu, vàtạo dao động

2.4 IC LM555:

2.4.1 Cấu tạo:

Cấu tạo của IC 555 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 tiếpchia điện áp VCC thành 3 phần Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn Điện áp 1/3 VCCnối vào chân dương của Op-amp 1 và điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm của Op-amp

2 Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 VCC, chân S = [1] và FF được kích Khi điện áp ởchân 6 lớn hơn 2/3 VCC, chân R của FF = [1] và FF được reset

6

3 Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

3.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI:

Khốikhuyếch đại

Khối xử

lý tạo trễ

Khối cảnhbáo

Hình 3-8 Sơ đồ khối tổng thể

3.1.2 Nhiệm vụ các khối:

3.1.2.1 Khối đầu vào:

Là tín hiệu âm thanh hoặc tiếng vỗ tay đủ lớn để khối cảm nhận có thể cảm nhậnđược

3.1.2.2 Khối cảm nhận:

CHỨC NĂNG:

Khi bắt được tín hiệu âm thanh sẽ chuyển tín hiệu âm thanh thành tín hiệu điện.Tínhiệu điện sẽ được đưa đến bộ khuyết đại để khuyết đại tín hiệu

CÁC LINH KIỆN CÓ THỂ LÀM ĐƯỢC CHỨC NĂNG NÀY:

Elettert microphone,liquid microphone,condenser microphone

LỰA CHỌN LINH KIỆN CHO MẠCH:

Chọn elettret microphone làm linh kiện cho mạch vì loại micro này được sử dụng

rộng rãi bởi lợi thế thiết kế đơn giản, giá thành rẻ không cần cấp nguồn 48V đã đượcthiết kế một chất liệu tự cung cấp nguồn năng lượng vĩnh cửu

3.1.2.3 Khối khuyếch đại:

Trong khuôn khổ giới hạn của đồ án này,chọn transisitor bc549 dùng trong mạch này.Vì bc549 có công suất lớn và làm việc với tần số thấp.

2 Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 VCC, chân S = [1] và FF được kích Khi điện áp ởchân 6 lớn hơn 2/3 VCC, chân R của FF = [1] và FF được reset

Hình 3-9 ic555

3.1.2.5 Khối cảnh báo:

CHỨC NĂNG:

Tín hiệu vào sẽ làm thay đổi trang thái thiết bị có trong khối

LINH KIỆN CÓ THỂ LÀM ĐƯỢC CHỨC NĂNG NÀY:

Bóng đèn ,relay

3.2 THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ:

3.2.1 Khối cảm nhận:

3.2.1.1 Thiết kế mạch:

Đầu vào là tín hiệu Đầu ra đưa tín hiệu

âm thanh đưa tới đến bộ khuyết đại

Đối với mạch này sử dung elettret microphone để làm cảm biến âm thanh

Electret microphone chuyển tín hiệu âm thanh thành tín hiệu điện

Điện trở R4 kết hợp với microphone để tính dòng đi ra, áp dụng định lý cầu phân áp

3.2.1.2 Nguyên lý hoạt động của mạch:

3.2.2 Khối khuyết đại:

3.2.2.1 Thiết kế mạch:

Tín hiệu vào từ Tín hiệu ra đến

khối cảm biến khối xử lý tạo trễ

Transistor BC549 (Q1) khuyết đại tín hiệu lần thứ nhất

Transistor BC549 (Q2) khuyết đại tín hiệu thêm lần nữa

Khi có tác động:

Khi có tác động dòng IB>0 =>IC=βIBIB,transisitor Q1ở chế độ khuyếch đại=>có dòng IB

kích vào transistor Q2=>tín hiệu được khuếch đại thêm lần thứ hai và sau đó đến khối

xử lý tạo trễ

khối khuếch đại

Khi tín hiệu tứ khối khuếch đại đến chân 2 của IC555 để xử lý tín hiệu sau đó cho tínhiệu xuất ra với 1 thời gian nhất định dựa vào công thức tính sau:

T=0.7.C2.R3

Tụ điện C2 và điện trở R3 dùng để tính thời gian của một chu kỳ.Nếu thay đổi giá trị ta

sẽ thu được một thời gian T khác

14

Vì QB= [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 QB không đổi giá trị, tụ C xả điện thông qua transistor

3.2.4 Khối tải:

Tín hiệu vào từ

khối xử lý tạo trễ

Điện trở R5,R6 dùng để hạn dòng qua led và transistor

Đèn led D3 để báo hiệu mạch chạy đúng hay sai

Transistor có tác dụng như một công tắc

Khi transistor Q3 ngưng dẫn đột ngột thì diot D1 ngăn không cho dòng điện đi trực tiếp từ Vcc đến chân C của transistor Q3,mà phải đi từ Vcc qua cuộn dây của relay để giảm dòng tráng trường hợp đánh thủng transistor Q3

3.2.4.1 Nguyên lý hoạt động của mạch:

Tín hiệu qua R6 lúc này có dòng IB kích vào transistor =>transistor hoạt động cho dòng

đi qua cuộn dây của relay=>relay thay đổi trạng thái

3.3 Nguyên lý hoạt động toàn mạch:

Khi không có tác động:

Khi không có tín hiệu tác động đến microphone , microphone không thể chuyển tínhiệu âm thanh thành tín hiệu điện,do đó không có dòng đi qua khối khuếch đại Khốikhuếch đại không thể khuếch đại tín hiệu ,không có tín hiệu kích vào khối xử lý tạo trễ(chân 2 của IC555) do đó khối cảnh báo không nhận được tín hiệu từ ngõ ra của khối

xử lý do đó khối cảnh báo không hoạt động

Khi có tác động:

Khi nhận đươc một tín hiệu âm thanh microphone lập tức thay đổi tín hiệu âm thanhthành tín hiệu điện (dựa vào định lý cầu phân áp) lúc này có tín hiệu vào khối khuếchđại =>dòng IB kích vào transistor tín hiệu được khuếch đại 2 lần =>tín hiệu được kíchvào khối xử lý tạo trễ,tại đây tín hiệu được xử lý và thời gian xuất tín hiệu cho một chu

kỳ được tín nhờ vào IC555.Nhận được tín hiệu từ khối xử lý tạo trễ đến khối tải,códòng qua R6 qua led làm led sáng báo hiệu mạch hoạt động ,đồng thời có dòng qua R5

qua chân B của transistor kích transistor hoạt động như một công tắc,cho dòng đi quacuộn dây của relay làm relay thay đổi trạng thái.Lúc này mạch đang hoạt động

4 Chương 4 THI CÔNG MẠCH

4.1 Sơ đồ mạch in:

4.1.1 Sơ đồ mạch:

4.1.2 Phương pháp làm mạch in:

Thiết kế mạch trên phần mềm protues

Mua linh kiện

ủi mạch in ra mạch đồng=>ngâm hóa chất tẩy mạch

Khoan lổ =>quét nhựa thông

Lắp linh kiện vào =>hàn chì

Lắp nguồn chạy thử=>mạch chạy được

4.1.3 Mô hình mạch:

Điện trở Tụ điện

Relay

transistor IC555

Elettret microphone Đèn led

Khi không có tác động Khi có tác động

18

5 Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

5.1 Kết luận

Khi có tín hiệu là tiếng vỗ tay hay một anh thanh khác sẽ được micro cảm biến thànhtín hiệu điện.Tín hiệu điện này sẽ được khuyết đại nhờ transistor sau đó tín hiệu đượcđưa đến IC.IC xử lý tín hiệu tiếp tục cho đi qua transistor.Transistor đóng điện chocuộn dây của relay.Relay thay đổi trang thái đến tải.Làm đèn sáng hoặc động cơ hoạtđộng

Nhược điểm:

Độ nhạy khi bắt tín hiệu âm thanh ở khoản cách xa chưa cao

Không thể nhận chính xác tiếng vỗ tay

5.2 Hướng phát triển:

Mạch có thể phát triển thành cảm biến giọng nói để tắt mở đèn hoặc tìm kiếm một thiết bị nào đó

6 Tài liệu tham khảo:

1 NGUYỄN THỊ NGỌC ANH _Điện tử tương tự 1_ GIÁO TRÌNH HUTECH

2 WWW.dientu4u.edu.vn

20