Một trong những ứng dụng rất quan trọng trong ngành điện điện tử là các mạch cảm biến với các linh kiện tích hợp cao. Mạch cảm biến được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp và trong cuộc sống sinh hoạt hằng ngày của chúng ta với những thiết bị điều khiển từ xa tinh vi đạt năng suất cao đem lại thuận lợi cho con người. Xuất phát từ những ứng dụng đó em xin trình bày đề tài: “ Mạch cảm biến âm thanh – điều khiển đèn bằng tiếng vỗ tay”.
Trang 1z
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN
khiển đèn bằng tiếng vỗ tay”.
Giảng viên hướng dẫn: Ngô Lê Minh Tâm Sinh viên thực hiện: Đoàn Văn Sơn
Nguyễn Ánh Huệ
Trang 2MỤC LỤC
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠCH 5
1.1 Lý do chọn đề tài và mục đích đề tài 5
1.2 Mục tiêu 5
1.3 Đối tượng nghiên cứu 5
1.4 Phương pháp nghiên cứu 5
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 6
2.1 Điện trở 6
2.2 LED 6
2.3 Diode 1N4007 6
2.4 Tranzitor BC 547 7
2.5 Relay 8
CHƯƠNG III : THIẾT KẾ MẠCH 11
3.1 Phần mềm sử dụng : Proteus 8 11
3.2 Sơ đồ khối 12
3.4 Sơ dồ mạch in 14
3.5 Nguyên lý hoạt động 14
3.6 Mạch thực tế 15
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 16
1 Ưu điểm 16
2 Nhược điểm 16
3 Hướng phát triển: 16
TÀI LIỆU THAM KHẢO 17
Trang 3DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.1 Kí hiệu điện trở 5
Hình 2.2 Hình ảnh điện trở 5
Hình 2.3 Hình ảnh và kí hiệu Led 5
Hình 2.4 Kí hiệu và hình ảnh diode 6
Hình 2.5 Cấu tạo BC547 6
Hình 2.6 Ký hiệu và hình ảnh BC547 7
Hình 2.7 Hình ảnh relay 8
Hình 2.8 Ký hiệu relay 8
Hình 2.9 Ký hiệu chân IC 4017 8
Hình 3.1 Sơ đồ khối 12
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý 13
Hình 3.3 Sơ đồ mạch in 14
Hình 3.3 Sơ đồ mạch thực tế 15
Trang 4LỜI MỞ ĐẦU
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…đây 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 rất quan trọng trong ngành điện điện tử là các mạch cảm biến với các linh kiện tích hợp cao Mạch cảm biến được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp và trong cuộc sống sinh hoạt hằng ngày của chúng ta với những thiết bị điều khiển từ xa tinh vi đạt năng suất cao đem lại thuận lợi cho con người
Xuất phát từ những ứng dụng đó em xin trình bày đề tài: “ Mạch cảm biến âm thanh –
điều khiển đèn bằng tiếng vỗ tay”
Với sự hướng dẫn tận tình của cô giáo Ngô Lê Minh Tâm cùng những kiến thức đã học
từ các thầy cô, học hỏi từ bạn bè và tự tìm hiểu, em đã hoàn thành đề tài Do kiến thức còn hạn hẹp, nên trong quá trình làm vẫn còn nhiều sai sót và đề tài chưa được phát triển một cách hoàn hảo Mong nhận được sự góp ý từ thầy cô và bạn bè để sản phẩm của em hoàn thiện hơn
Trang 5CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠCH
1.1 Lý do chọn đề tài và mục đích đề tài
Trở về nhà mà căn phòng mà tối om thì việc lần mò công tắc để bật đèn thật
là khó khăn Hay đơn giản là bạn vừa lên giường đi ngủ nhưng chợt nhận ra là quên chưa tắt điện Bạn đã gặp phải tình huống nào trong hai tình huống trên chưa? Giờ đây bạn có để ung dung lên giường đi ngủ rồi mới tắt đèn Hay là dẫn đám bạn về nhà chơi rồi vỗ tay để bật đèn cho các bạn “mắt chữ A mồm chữ O”
Với “Mạch cảm biến âm thanh – điều khiển đèn bằng tiếng vỗ tay” sẽ giúp chúng
ta giải quyết những bất tiện trên Nó mang đến hiệu quả cao trong công việc cũng như sinh hoạt hằng ngày của chúng ta
1.2 Mục tiêu
- Tìm hiểu được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của IC4017
- Mô phỏng mạch trên máy tính
- Thiết kế thi công mạch
1.3 Đối tượng nghiên cứu
- “Mạch cảm biến âm thanh-điều khiển đèn bằng tiếng vỗ tay”
- Các phần mềm vẽ và mô phỏng mạch
- Các linh kiện điện tử
- Các cách hàn mạch và thi công mạch
1.4 Phương pháp nghiên cứu
Tìm hiểu nhu cầu người sử dụng về đề tài nghiên cứu
Lựa chọn phương pháp nghiên cứu đề tài
Tìm hiểu về linh kiện sẽ sử dụng trong mạch
Thực hiện và thiết kế mạch
Kiểm tra hoạt động của mạch
Trang 6CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÍ THUYẾT
- Điện trở:Điện trở là một đại lượng vật lí biểu thị đặc tính cản trở dòng điện của một vật có khả năng cho dòng điện chạy qua
Hình 2.1 Kí hiệu điện trở Hình 2.2 Hình ảnh điện trở
- LED(viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) là các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n
Hình 2.3 Hình ảnh và kí hiệu LED
-Diode 1N4007 là một diode silic chỉnh lưu phổ biến 1A thường được sử dụng trong các adapter AC cho các thiết bị gia dụng thông thường Diode 1N4007 chịu
Trang 7được điện áp tối đa lên đến 1000V Dòng điện cực đại qua mỗi diode 1N4007 là 1A, nếu dòng cao hơn sẽ gây nóng và cháy diode
- Tuy nhiên, Diode 1N4007 là dòng diode có tốc độ chỉnh lưu thấp, hiệu điện thế đầu ra nhấp nhô Để giảm sự nhấp nhô của hiệu điện thể đầu ra thì nên gắn thêm tụ lọc song song với tải
- Khi ráp mạch cần chú ý, tránh dùng nguồn được chỉnh lưu bằng 1N4007 cung cấp cho các thiết bị điện tử sẽ gây nhiễu, méo, sai lệch tín hiệu hoặc hỏng thiết bị, nguồn
có thể dùng chạy motor DC, đèn dây tóc, nạp acquy
Hình 2.4 Kí hiệu và hình ảnh Diode
- Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp P-N, nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận, nếu ghép theo thứ tự NPN ta được Transistor ngược; về phương diện cấu tạo Transistor tương đương với hai Diode đấu ngược chiều nhau (không có nghĩa ta dùng 2 diode sẽ ghép thành 1 transistor)
Hình 2.5 Cấu tạo BC547
Trang 8- Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực, lớp giữa gọi là cực gốc ký hiệu là B ( Base ), lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp
- Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát (Emitter ) viết tắt là E, và cực thu hay cực góp (Collector ) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn (loại N hay P ) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị cho nhau được
Hình 2.6 Kí hiệu và hình ảnh BC547
- Relay(Rơ-le) là một chuyển mạch hoạt động bằng điện Dòng điện chạy qua cuộn dây của rơle tạo ra một từ trường hút lõi sắt non làm thay đổi công tắc chuyển mạch Dòng điện qua cuộn dây có thể được bật hoặc tắt vì thế rơle có hai vị trí chuyển mạch qua lại
- Các chân đấu nối và chân chuyển mạch của rơle thường được ký hiệu là COM (POLE), NC và NO:
- COM/POLE = là chân chung, là nơi kết nối đường cấp nguồn chờ
Trang 9- NC là điểm thường đóng, chân COM/POLE được kết nối với NC khi cuộn dây rơle không nhiễm từ (khi 2 đầu cuộn dây không được cấp điện)
- NO = là điểm thường mở, COM/POLE được kết nối với NO khi cuộn dây rơle được từ hóa (được cấp điện)
Hình 2.7 Hình ảnh Relay Hình 2.8 Kí hiệu Relay
2.6 IC 4017
- IC 4017 là ic đếm thập phân tức đếm hệ 10, nó đếm xung clock Khi ta đư tín hiệu xung vào chân clock thì ic sẽ đếm xung và xuất ra 10 output tương ứng với 1 xung clock
Hình 2.9 Kí hiệu chân IC 4017
Trang 10- Trong đó:
+ 10 ngõ ra riêng biệt tuần tự là 3 , 2, 4, 7, 10, 1, 5, 6, 9, 11
+ Chân số 16 là chân nguồn Vcc
+ Chân số 8 là chân nối mass
+ Chân số 12 là chân chia hệ 5
+ Chân số 14 là ngõ vào xung CLOCK
+ Chân số 13 là chân ENABLE
+ Chân số 15 là chân RESET
Trang 11CHƯƠNG III : THIẾT KẾ MẠCH
3.1 Phần mềm sử dụng : Proteus 8
Proteus của Labcenter Electronics là phần mềm mô phỏng mạch điện rất được ưa thích hiện nay So với các phầm mềm mô phỏng mạch điện tử khác, Proteus có nhiêu ưu điểm nổi trội như : mô phỏng được rất nhiều linh kiện điện tử
cà các thiết bị hiển thị, kết quả mô phỏng rất trực quan như một mạch điện tử thật
Và một tính năng mà chúng ta, những người học vi điều khiển quan tâm nhất là khả năng mô phỏng các chip vi điều khiển với chương trình do người dùng nạp Proteus
hỗ trợ rất nhều các chip vi điều khiển như 8051, AVT, PIC, HC11,…
Vì vậy, em đã chọn Proteus làm phần mềm thiết kế cho đề tài Mạch cảm
biến âm thanh – điều khiển đèn bằng tiếng vỗ tay”
Trang 123.2 Sơ đồ khối
Hình 3.1 Sơ đồ khối
Khối giải mã
Khối hiển thị Khối khuếch đại
Trang 13 Khối Nguồn: Nơi cung cấp nguồn chính cho mạch hoạt động gồm 2 nguồn là 5V DC
và nguồn 220V AC
Khối cảm biến: Gồm cảm biến âm thanh được sử dụng để biến đổi tín hiệu âm thanh thành tín hiệu điện cung cấp cho mạch
Khối Khuếch Đại: Gồm các tranzitor (BJT) được dùng để thay đổi biên độ của tín
hiệu sự tăng biên độ này có thể được tính bằng một yếu tố được gọi là hàm truyền,
đây là tỷ lệ giữa đầu ra và đầu vào được cung cấp cho bộ khuếch đại
Khối Giải Mã: Là IC 4017 nếu có một mã số áp vào ngõ vào thì tương ứng sẽ có 1
ngõ ra được tác động, mà ngõ vào thường ít hơn ngõ ra
Khối Hiển Thị: Gồm một bóng đèn và một Led sau khi mạch chạy khối hiển thị này
giúp chúng ta có thể quan sát mạch hoạt động như thế nào
3.3 Sơ đồ nguyên lí
Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lí
Trang 143.4 Sơ dồ mạch in
Hình 3.3 Sơ đồ mạch in
220V để cung cấp cho đèn 220V
- Trạng thái ban đầu: Mặc định Output 0 chân số 3 của IC4017 ở mức tín hiệu
cao nên LED sáng Cổng POLE của RELAY nối với cổng NC nên đèn 220V sáng
- Khi MIC nhận tiếng vỗ tay lần thứ nhất, tín hiệu âm thanh thu được sẽ được chyển sang tín hiệu điện
- Tín hiệu này được khuếch đại bởi 2 Tranzitor BC547 sau đó đưa vào CLOCK chân số 14 của IC 4017
- Lúc này Output 0 chân số 3 từ mức tín hiệu cao chuyển sang mức tín hiệu thấp làm0020LED tắt
- Đồng thời Output 1 chân số 2 từ mức tín hiệu thấp chuyển sang mức tín hiệu cao Sau đó được khuếch đại bởi Tranzitor BC547 và truyền đến cho RELAY hoạt
Trang 15động, RELAY chuyển cổng POLE nhảy sang nối với cổng NO(đang được nối với nguồn xoay chiều 220V) lúc đó đèn 220V tắt
- Khi MIC nhận tiếng vỗ tay thứ 2 thì Output 1 chuyển sang mức tín hiệu thấp, Output 2 chân số 4 từ mức tín hiệu thấp chuyển sang mức tín hiệu cao Lúc này Output 2 được nối với chân RESET số 15 chuyển mạch sang trang thái ban đầu
3.6 Mạch thực tế
Hình 3.4 Sơ đồ mạch thực tế
Trang 16KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
1 Ưu điểm
- Đạt được mục tiêu đề ra ban đầu của đề tài nghiên cứu
- Sản phẩm hoạt động đúng nguyên lý
- Thiết kế đơn giản, nhỏ và gọn
- Giá thành thấp
- Khả năng ứng dụng cao
2 Nhược điểm
- Trong môi trường nhiều tạp âm, sản phẩm hoạt động chưa ổn định
- Độ thẩm mĩ của sản phẩm chưa cao
3 Hướng phát triển:
- Đảm bảo cho mạch hoạt động tốt hơn trong môi trường nhiều tạp âm
- Đưa sản phẩm từ mô hình đi vào trong thực tế cuộc sống
- Từ mạch cảm biến âm thanh điều khiển đèn bằng tiếng vỗ tay phát triển thành mạch cảm biến âm thanh điều khiển quạt, 1 số thiết bị khác…
Trang 17TÀI LIỆU THAM KHẢO
Sách tham khảo
1 TS Nguyễn Viết Nguyên- Sách “Linh kiện điện tử”,2018
2 Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo- Sách “Giáo Trình Kỹ Thuật Số”,2003
3 PGS.TS Lê Văn Doanh Sách Điện Tử Công Suất- Tính Toán- Mô Phỏng- Thực Hành,2007
Các web tham khảo
http://tapit.vn/dieu-khien-thiet-bi-thong-qua-vo-tay-bang-cam-bien-thanh/
http://homematic.vn/san-pham/cong-tac-cam-ung-am-thanh-vo-tay-bat-tat-den-srs01
https://www.youtube.com/watch?v=Dyu054L7GM0
