Báo Cáo Đồ Án Môn Học - Mạch Đèn Cảm Biến Ánh Sáng Dùng Ic 555

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC MẠCH ĐÈN CẢM BIẾN ÁNH SÁNG DÙNG IC 555 Ngành KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ Chuyên ngành ĐIỆN ĐIỆN TỬ LỜI CẢM ƠN eee Lời đầu[.]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

eeeLời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn thầy HOÀNG VĂN VINH đã giúp đỡ và chỉ dạy em hết sức tận tình trong thời gian em làm đồ án môn học cơ sở 1 này Cám ơn thầy đã tạo nhiều điều kiện giúp đỡ chỉ dạy cho em để em hoàn thành tốt đồ án thiết kế vàthi công mạch đèn cảm biến ánh sáng.

Trong quá trình thực hiện đồ án với những kiến thức em chưa nắm vững và thời gian làm đồ án có hạn nên không tránh khỏi nhiều sai sót khi thiết kế thi công làm mạch Một lần nữa em rất mong nhận được sự giúp đỡ của thầy HOÀNG VĂN VINH và các thầy cô trong khoa để em có thêm kinh nghiệm và rút ra được bài học cho những đồ án sau được thực hiện tốt hơn

Em xin chân thành cám ơn

LỜI NÓI ĐẦU

Ánh sáng có vai trò rất quan trọng trong đời sống mỗi con người chúng ta, chỉ có ánhsáng mới giúp chúng ta thấy được mọi vật thể hiện như thế Ngày nay khi đời sống con người càng được nâng cao xã hội ngày càng phát triển thì việc sử dụng ánh sáng phục vụ cho đời sống hằng ngày càng trở nên phong phú và đa dạng, nó có thể giúp cho chúng ta sinh hoạt tiện lợi và hiện đại hơn,và để thuận tiện hơn trong việc bật tắt các thiết bị đèn đường, người ta đã phát minh ra nhiều thiết bị thông minh có chức năng cảm biến nhận diện được ánh sáng để kích hoạt hoặc tắt đi bóng đèn mà không cần con người phải điều khiển bật tắt hằng ngày

Cùng với sự giúp đỡ và hướng dẫn của thầy HOÀNG VĂN VINH nên em đã thực hiện thi công mạch cảm biến ánh sáng, hướng tới sự tiện nghi và nâng cao môi trường sống cho con người Mạch được thi công và đã hoạt động tốt

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1

1.1 ĐẶT VÂN ĐỀ 1

1.2 MỤC TIÊU ĐỂ 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 2

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

2.1 ĐIỆN TRỞ 3

2.1.1 Giới thiệu 3

2.1.2 Hình dạng và ký hiệu 3

2.1.3 Ứng dụng 3

2.2 TỤ ĐIỆN 4

2.2.1 Tụ phân cực và Tụ không phân cực 4

2.2.1.1 Cấu tạo 4

2.2.2 Hình dạng và ký hiệu 4

2.2.3 Ứng dụng 5

2.3 IC 555 5

2.3.1 Giới thiếu 5

2.3.2 Chức năng của IC 555 6

2.3.3 Cấu tạo và Nguyên lý hoạt động 6

2.4 RELAY 7

2.4.1 Giới thiệu và Cấu tạo 7

2.5 DIOTDE ZENER 8

2.5.1 Cấu tạo 8

2.5.2 Hình dạng và ký hiệu 8

2.5.3 Nguyến lý hoạt động 9

2.6.2 Hình dạng và ký hiệu 9

2.6.3 Nguyên lý học động 9

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 10

3.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI 10

3.1.1 Sơ đồ khối tổng thể 10

3.1.2 Nhiệm vụ các khối 10

3.1.2.1 Khối đầu vào 10

3.1.2.2 Khối cảm biến 10

3.1.2.3 Khối xử ký 11

3.1.2.4 Khối điều khiển 11

3.2 THIẾT KẾ MẠCH NGUYÊN LÝ 12

3.2.1 Khối cảm biến 12

3.2.1.1 Thiết kế mạch 12

3.2.1.2 Nguyên lý hoạt động của mạch 12

3.2.2 Khối xử lý 13

3.2.2.1 Thiết kế mạch 13

3.2.2.2 Nguyên lý hoạt động của mạch 13

3.2.3 Khối điều khiển 14

3.2.3.1 Thiết kế mạch 14

3.2.3.2 Nguyên lý hoạt động của mạch 14

3.3 NGUYÊN HOẠT ĐỘNG TOÀN MẠCH 15

CHƯƠNG 4: THI CÔNG MẠCH 16

4.1 SƠ ĐỒ MẠCH CẢM BIẾN ÁNH SÁNG 16

4.2 HOÀN THÀNH MẠCH 17

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 18

5.1 Ưu điểm 18

5.2 Nhược điểm 18

5.3 Hướng phát triển 18

5.4 Tài liệu tham khảo 18

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH Hình 2-1: hình dạng và ký hiệụ điện trở 3

Hình 2-2: Hình dạng Tụ phân cực 4

Hình 2-3: Hình dạng tụ không phân cực(tụ gốm 4

Hình 2-4: Ký hiệu tụ điện 5

Hình 2-5: IC 555 5

Hình 2-6: Cấu tạo bên trong IC 555 6

Hình 2-7: Sơ đồ chân IC 555 7

Hình 2-8: Relay 8

Hình 2-9: Hình dạng diotde zener 8

Hình 2-10: Ký hiệu diotde zener 8

Hình 2-11: Hình dạng và ký hiệu quang trở 9

Hình 3-1: Sơ đồ khối tổng thể 10

Hình 3-2: IC 555 11

Hình 3-3: Khối cảm biến 12

Hình 3-4: Khối xử lý 13

Hình 3-5: Cấu tạo IC 555 13

Hình 3-6: Khối điều khiển 14

Hình 3-7: Sơ đồ toàn mạch 15

Hình 4-1: Mạc vẽ 16

Hình 4-2: Mạch layout 16

Hình 4-3: Mạch không tác động 17

Hình 4-4: Mạch hoạt động 17

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ:

Ngày nay khi đời sống con người càng được nâng cao xã hội ngày càng phát triển thìviệc sử dụng ánh sáng phục vụ cho đời sống hằng ngày càng trở nên phong phú và

đa dạng, nó có thể giúp cho chúng ta sinh hoạt tiện lợi và hiện đại hơn,và để thuậntiện hơn trong việc bật tắt các thiết bị đèn đường, người ta đã phát minh ra nhiềuthiết bị thông minh có chức năng cảm biến nhận diện được ánh sáng để kích hoạt hoặctắt đi bóng đèn mà không cần con người phải điều khiển bật tắt hằng ngày

1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI:

Nhắc lại kiến thức căn bản của môn điện tử, Khảo sát một số linh kiện trong mạch Hoànthiện mạch, hoạt động mạch chạy tốt

1.3 NỘI DUNG ĐỀ TÀI:

Sữ dụng phần mềm thiết kế mạch, tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của linh kiện, cáckhối trong mạch Phương pháp làm mạch in

1.4 YÊU CẦU ĐỀ TÀI:

Khi có tín hiệu vào đến khối cảm biến là trời tối thì đèn tự sáng và ngược lại trời sáng thìđèn tự tắt Cấu tạo đơn giản, dễ dàng lắp đặt, linh kiện dễ tìm kiếm, thông dụng Nguồnđưa vào 220V

1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

Thu thập thông tin từ bạn bè đang làm trong lĩnh vực điện tử, từ những tài liệu mà trướcđây đã học sữ dụng phần mềm proteus để thiết kế mạch và chạy mô phỏng

1

1.6 KẾT CẤU 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 MẠCH

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN

2

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 ĐIỆN TRỞ:

2.1.1 Giới thiệu:

Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện

trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùng lớn Điện trở của dây dẫn : Điện trở của dây dẫn phụ thộc vào chất liệu, độ dài và tiết diện của dây Được tính theo công thức sau: R = ρ.L / S

Trong đó :

ρ là điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệu

L là chiều dài dây dẫn

S là tiết diện dây dẫn

R là điện trở, đơn vị là Ohm

2.1.2 Hình dáng và ký hiệu:

Hình 2-1: hình dạng và ký hiệu điện trở

2.1.3 Ứng dụng:

Trong công nghiệp, điện trỡ được ứng dụng làm bàn là, bếp điện vv

Trong kỹ thuật điện tử, điện trở được ứng dụng trong các mạch tạo xung, các mạch hạnchế dòng điện vv

2.2 TỤ ĐIỆN:

3

2.2.1 Tụ phân cực và Tụ không phân cực:

Hình 2-5: IC 555Các thông số cơ bản của IC 555 có trên thị trường:

Điện áp đầu vào: 2 - 18V (Tùy từng loại của 555: LM555, NE555, NE7555 )

Dòng điện cung cấp: 6mA - 15mA

Điện áp logic ở mức cao: 0.5 - 15V

Điện áp logic ở mức thấp: 0.03 - 0.06V

Công suất lớn nhất là: 600mW

5

2.3.2 Chức năng của IC 555:

Là thiết bị tạo xung chính xác, Máy phát xung, Điều chế được độ rộng xung (PWM),Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng trong thu phát hồng ngoại)

2.3.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Cấu tạo của IC 555 gồm op-amp so sánh điện áp,mạch lật và transistor để xả điện Cấutạo của IC đơn giản nhưng hoạt động tốt Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp chia điện

áp VC thành 3 phần.Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn.Điện áp 1/3 VCC nối vào chândương của op-amp 1 và điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm của Op-amp 2 Khi điện áp ởchân 2 nhỏ hơn 1/3 VCC, chân S = [1] và FF được kích Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3VCC, chân R của FF = [1] và FF được reset

Hình 2-6: Cấu tạo bên trong IC 555

6

Hình 2-7: Sơ đồ chân IC 555Chân 1 (GND): Chân cho nối masse để lấy dòng.

Chân 2 (Trigger): Chân so áp với mức áp chuẩn là 1/3 mức nguồn nuôi.

Chân 3 (Output): Chân ngả ra, tín hiệu trên chân 3 c1 dạng xung, không ở mức áp thấpthì ở mức áp cao

Chân 4 (Reset): Chân xác lập trạng thái nghĩ với mức áp trên chân 3 ở mức thấp, hay hoạtđộng

Chân 5 (Control Voltage): Chân làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555

Chân 6 (Threshold): Chân so áp với mức áp chuẩn là 2/3 mức nguồn nuôi

Chân 7 (Discharge): Chân có khóa điện đóng masse, thường dùng cho tụ xả điện.

Chân 8 (VCC): Chân nối vào đường nguồn V+.IC 555 làm việc với mức nguồn từ 3 đến15V

2.4 RELAY 12V:

2.4.1 Giới thiệu và cấu tạo:

Relay là thiết bị đóng cắt cơ bản, nó được sử dụng rất nhiều trong cuộc sống và trong cácthiết bị điện tử

Cấu tạo Relay gồm 2 phần:

Cuộn hút: Tạo ra năng lượng từ trường để hút tiếp điểm về phía mình Tùy vào điện áplàm việc người ta chia Relay ra DC: 5V, 12V, 24V - AC: 110V, 220V

Cặp tiếp điểm: Khi không có từ trường( không cấp điện cho cuộn dây) Tiếp điểm 1 đượctiếp xúc với 2 nhờ lực của lò xo.Tiếp điểm thường đóng Khi có năng lượng từ trường thìtiếp điểm 1 bị hút chuyển sang 3 Trong Relay có thể có 1 cặp tiếp điểm, 2 cặp tiếp điểmhoặc nhiều hơn

7

Hình 2-10: Ký hiệu diotde zener

2.6 QUANG TRỞ:

2.6.1 Khái niệm:

Quang điện trở còn gọi tắt là LDR là loại cảm biến ánh sáng đơn giản, hoạt động dựa vàohiện tượng quang điện trong Khi có ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn, làm xuất hiện cácđiện tử tự do, làm sự dẫn điện tăng lên, làm giảm điện trở của chất bán dẫn (nếu có nốivào mạch điện thì mạch sẽ nối tắt, ngắn mạch) Khi không có ánh sáng chiếu vào, nội trởcủa chất bán dẫn tăng dần đến vô cùng ( nếu có nối vào mạch điện thì sẽ hở mạch)

9

photon được hấp thụ Tùy thuộc vào chất bán dẫn mà quang trở phản ứng khác nhau vớibước sóng photon khác nhau, Quang trở phản ứng trễ hơn điốt quang cỡ 10ms nên nótránh được thay đổi nhanh của nguồn sáng.

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 3.1 THẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI:

3.1.1 Sơ đồ khối tổng thể:

Dựa vào yêu cầu của đề tài ta có được sơ đồ khối:

Hình 3-1: Sơ đồ khối tổng thể

3.1.2 Nhiệm vụ từng khối:

3.1.2.1 Khối đầu vào:

Là tín hiệu ánh áng, khi trời tối hoặc sáng để đưa vào khối cảm biến để cảm biến được

3.1.2.2 Khối cảm biến:

Chức năng:

Khối cảm biến có chức năng thu tính hiệu từ khối đầu vào khi trời sáng hoặc tối, để đưađến khối xử lý

Các linh kiện có thể làm được chức năng này:

Quang trở CDS cảm biến ánh sáng, công tắc cảm ứng ánh sáng 10A AS-10, công tắc cảmứng ánh sáng 10A AS-20, công tắc cảm biến ánh sáng ST01, công tắc cảm biến ánh sángLUNA 126 star, công tắc cảm biến ánh sáng LUNA 127 star, công tắc cảm biến ánh sángLUNA 109 AL

Lựa chọn linh kiện cho mạch:

10

Khối đầu

vào

Khối cảmbiến

khiển

Nguồn

Chọn quang trở CDS cảm biến ánh sáng để làm mạch, vì quang trở được sử dụng rộng rãivới giá thành rẻ, cấu tạo đơn giản dễ thiết kết mạch

Hình 3-2: IC 555

3.1.2.4 Khối điều khiển:

Chức năng:

Khối điều khiển có chức năng nhận tín hiệu từ khối xử lý để đóng hoặc mở đèn

Các linh kiện có thể làm được chức năng này:

Relay 12V

11

3.2 THIẾT KẾ MẠCH N NGUYÊN LÝ:

3.2.1 Khối cảm biến:

3.2.1.1 Thiết kế mạch:

Đầu vào là tín hiệu Đầu ra đưa tín hiệu

trời sáng hoặc tối đến khối xử lý

Hình 3-3: Khối cảm biếnQuang trở: có chức năng cảm biến khi trời tối thì điện trở tăng tạo tín hiệu vào chân số 2của Relay, khi trời sáng điện trở giảm thì tín hiệu trên chân số 2 của Relay mất

3.2.1.2 Nguyên lý hoạt động của mạch:

Khi có tác động:

Đầu vào khi nhận được dòng điện đi vào ở tín hiệu trời tối thì điện trở tăng kích tín hiệuđầu ra lên chân số 2 của Relay Khi tín hiệu trời sáng thì điện trở giảm nên mất đi tín hiệuđầu ra

Trời tối RLDR tăng => Max =50k

Trời sáng RLDR giảm => Min=1k

Trời sáng :V-= RLDR*VCC/(RLDR+RV1)=1*6/(1+50)=0.11V

3.2.2 Khối xử lý:

3.2.2.1 Thiết kế mạch:

Đầu ra tín hiệu đến khối điều khiển

Tín hiệu vào từ khối xử lý

Hình 3-4: Khối xử lý

3.2.2.2 Nguyên lý hoạt động của mạch:

Khi có tác động:

Hình 3-5: Cấu tạo IC 555Đầu vào khi nhân được tín hiệu từ quang trở vào từ chân số 2, thì IC 555 xử lý tín hiệu vàđưa ra chân số 3 đến Relay

13

Khi tụ C nạp, Op-amp 2 có V+ lớn hơn V- = 2/3 VCC, R = [1] nên Q = [0] và QB= [1].Ngõ ra của IC ở mức 0.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 quatransistor.

Khi không tác động:

Thì không có tín hiệu vào nên mạch không hoạt động

Vì điện áp ở chân 2 (V-) nhỏ hơn V1(V+), ngõ ra của Op-amp 1 ở mức 1 nên S = [1], Q

Hình 3-6: Khối điều khiển

3.2.3.2 Nguyên lý hoạt động của mạch:

Khi khồn có tác động: Đầu vào không nhận được tín hiệu mạch không hoạt động

Khi không có tác động:

Khi có ánh sáng chiếu vào quang trở bình thường (ban ngày), thì điện trở trên quang trở

là rất nhỏ nên cho dòng dương ( Vcc ) đi qua làm áp tại ngõ vào âm ( - ) của Op_amptăng lên,tăng đến khi áp cao ở ngõ vào dương =>Lúc này ngõ ra của Op_amp ở múc

15

thấp.điện trở trên quang trở là rất nhỏ nên tín hiệu trên chân số 2 của ic 555 bị mất vàrelay 12V sẽ bị ngắt điện và bóng đèn sẽ tắt.

CHƯƠNG 4: THI CÔNG MẠCH 4.1 SƠ ĐỒ MẠCH CẢM BIẾN ÁNH SÁNG:

Hình 4-1: Mạch vẽ

Hình 4-2: Mạch layout

16

17

Hình 4-4: Mạch hoạt động

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN

Sau khi thiết kế và thi công xong mạch đèn cảm biến ánh sáng em thấy nó rất hữu ích đốivới chúng ta trong cuộc sống hằng ngày Chúng ta có thể ứng dụng nó trong các lĩnh vựccông nghiệp và nông nghiệp chiếu sáng, những hệ thống tự động điều khiển chiếu sángnày có rất nhiều ưu điểm không chỉ ở kích thước nhỏ-gọn-nhẹ, tiêu tốn ít năng lượng, màcòn giảm được đáng kể điện năng tiêu thụ của toàn hệ thống Ta có thể dùng nó trong cáclĩnh vực như : cảm biến ánh sáng đèn đường khi trời tối, sử dụng để thắp sáng sân vườnhoặc xung quanh nhà ở, phòng ngủ…v.v.v…