nguyên cứu chế tạo mạch chuông báo dùng cảm biến thân nhiệt

nguyên cứu chế tạo mạch chuông báo dùng cảm biến thân nhiệt khi không có tín hiệu tác động cảm biến cảm biến thu nhận tín hiệu dẫn mạnh từ đó đưa điện áp từ nguồn chảy về mass, do đó tại chân B của transistor ở mức thấp => transistor không dẫn từ đó không có tín hiệu vào chân 2( chân tín hiệu vào của IC định thời ne555 từ đó không có tín hiệu ra tại chân số 3 của IC, không có tín hiệu đóng cho transistor dẫn =>không cấp nguồn cho cuộn cảm hút tiếp điểm. không cấp nguồn Khi có tín hiệu cảm biến thu ngưng dẫn dòng điện chảy từ nguồn vào chân B của transistor kích mở cho Transistor tạo tín hiệu đưa vào chân 2 từ đó có tín hiệu ra tại chân số 3 của IC ra kích mở cho tran cấp nguồn đóng cuộn hút cho relay hút tiếp điểm cấp nguồn cho chuông báo

Chương 1 Tổng quan mạch chuông báo dùng cảm biến thân nhiệt 1.1Cảm biến chống trộm là gì?

Cảm biến chống trộm nói dễ hiểu là các thiết bị điện tử được thiết kế đặc biệt để cảm nhận được các thay đổi trong khu vực cần bảo vệ Các thay đổi ví dụ như: kẻ trộm phá cửa mở cửa, kẻ trộm leo qua hàng rào, kẻ trộm di chuyển trong sân vườn, Tương ứng mỗi thay đổi sẽ có mỗi loại cảm biến phù hợp

Các loại cảm biến báo trộm phổ biến và ứng dụng của chúng

Ngành công nghệ sản xuất cảm biến hiện nay đã phát triển và giúp máy móc có thể cảm nhận được rất nhiều yếu tố trong môi trường thực tế Nhưng ứng dụng vào các thiết bị chống trộm chỉ có một số cảm biến phù hợp và được sử dụng phổ biến

Cảm biến từ gắn cửa báo trộm

Cảm biến từ báo trộm hay cảm biến cửa là loại cảm biến báo trộm được dùng để gắn ở cửa Loại cảm biến này sử dụng nguyên lý từ tính của nam châm vĩnh cửu

Cảm biến rung gắn cửa là loại cảm biến báo trộm hữu dụng và dễ dùng nhất

1.3 Loại cảm biến chuyển động phổ biến nhất

được sử dụng trong lĩnh vực an ninh nhà dựa theo công nghệ tia hồng ngoại.Cũng giống như chiếc điều khiển TV từ xa,công nghệ hồng ngoại sử dụng một băng tần nhất đinh của phổ ánh sáng để đo mức nhiệt khác nhau

Về mặt an ninh gia đình, một cảm biến chuyển động hoạt động bằng cách phát hiện thay đổi mức độ nhiệt trong một căn phòng nhất định Khi một người đi vào một căn phòng trống rỗng ,thân nhiệt người gây ra một sự thay đổi nhiệt độ so với nhiệt độ đã ghi nhận trong cảm biến khiến nó sẽ kích hoạt từng đơn vị cảm biến tạo ra một hệ thống báo động.Cảm biến chuyển động kết hợp (dual tech) sử dụng cả sóng siêu âm và hồng ngoại để theo dõi chuyển động

Sử dụng và đặt cảm biến ở đâu là cả vấn đề lớn.Đặt không đúng, chúng sẽ không thể để

đo những thay đổi nhiệt tốt khi một tên trộm vào nhà của bạn Đặt đúng cách, chúng có thể là một vũ khí rất hữu ích cho việc bảo vệ tài sản của bạn

Lắp đặt và sử dụng cảm biến chuyển động ở đâu

Để tối đa hóa được hiệu quả cảm biến chuyển động mang lại,dưới đây là một số hướng dẫn giúp bạn:

 Điểm đặt – Cảm biến chuyển động thường đặt ở trong góc,bởi vì làm như vậy sẽ mang lại sự ổn định nhất.Nó sẽ giúp cảm biến có thể bao quát được theo hướng đặt cảm biến.Ví dụ,nếu bạn muốn giám sát một phòng trong gia đình với một cửa sổ bên ngoài

trên bức tường phía nam và một lối cửa chính vào từ hành lang phía đông,thì góc tây bắc sẽ giúp bạn giám sát được tối đa.

 Chiều cao thích hợp – Chiều cao lý tưởng đặt các cảm biến chuyển động là từ 5 đến 7 feet (1 feet = 0.3048 m) Xét về sự tăng nhiệt, và chiều cao trung bình với nam là cao giữa 5,5 và 6 feet, đặt cảm biến thấp hơn 5 feet hoặc cao hơn 7 feet sẽ không mang lại kết quả tốt nhất

 Tránh báo động giả – Các tác động ngẫu nhiên lại là một trong những lí do phổ biến nhất gây ra báo động giả.Cảm biến chuyển động nên để tránh xa các luồng không khí bất cứ khi nào có thể.Sự giảm nhiệt,tăng nhiệt và ống dẫn làm mát tạo ra thay đổi đột ngột trong nhiệt độ đặt và có thể dễ dàng kích hoạt báo động giả Hơn nữa, nếu một tên trộm vào nhà của bạn trong khi lò sưởi hoạt động không khí ấm áp lưu thông từ đường ống có thể làm cảm biến chuyển động không hoạt động do nhiễu từ việc xác định.Ngoài ống dẫn không khí khí, chủ nhà cũng nên xem xét các chướng ngại vật có thể như rèm cửa,thực vật và bóng bay Những con vật nuôi đi lang thang trong nhà cũng có thể gây ra các báo động sai

1.4Cảm biến chuyển động là bổ sung tuyệt vời cho bất kỳ hệ thống an ninh nhà nào Nếubạn đã có một hệ thống và muốn thêm cảm biến chuyển động, một người đại diện của chúng tôi sẽ rất vui khi nói chuyện với bạn về nó Nếu bạn đang tìm kiếm để thiết lập một hệ thống thương hiệu mới, chúng tôi cũng cung cấp các gói bao gồm các cảm biến chuyển động Chúng tôi mang đến dịch vụ hiện đại,tiên tiến nhất bao gồm tất cả về tự động hóa một ngôi nhà, cho phép bạn quản lý hệ thống an ninh, đèn, ổ khóa và nhiệt độ

từ bất kỳ thiết bị nào sẵn có trên websit

1.5 cảm biến thân nhiệt chuyển động

Cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR (Passive infrared sensor) HC-SR505 Mini có kích thước nhỏ gọn chỉ 10mm, được sử dụng để phát hiện chuyển động của các vật thể phát ra bức xạ hồng ngoại: con người, con vật, các vật phát nhiệt,…

Cảm biến thân nhiệt chuyển động PIR SR505 Mini sẽ xuất ra tín hiệu mức cao (High) khiphát hiện vật thể nhiệt chuyển động trong vùng quét, tín hiệu này sau đó sẽ được giữ ở mức cao trong khoảng thời gian trễ T sau khi kích hoạt, lúc này nếu cảm biến vẫn bắt được tín hiệu sẽ vẫn duy trì chân tín hiệu mức cao trong thời gian trễ T, chỉ khi trong khoảng thời gian trễ T mà cảm biến không bắt được tín hiệu thì chân tín hiệu cảm

biến mới trở về mức thấp (Low)

THÔNG SỐ CẢM BIẾN THÂN NHIỆT CHUYỂN ĐỘNG:

 Điện áp hoạt động: 4.5~20VDC

 Dòng tiêu thụ: <60uA

 Mức tín hiệu: High 3.3V / Low 0V

 Trigger: repeatable trigger

 Thời gian trễ T sau khi kích hoạt: 8s + -30%

 Góc quét: Max 100 độ (hình nón có tâm là cảm biến)

 Khoảng cách bắt: 3 meters

 Đường kính thấu kính: 10mm

 Kích thước: 10 x 23mm

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU LINH KIỆN

Điện trở công suất: là các điện trở có công suất lớn hơn từ 1W, 2W, 5W, 10W

Điện trở sứ, điện trở nhiệt: Là cách gọi khác của các điện trở công suất, điện trở này có

vỏ bọc sứ, khi hoạt động chúng tỏa nhiệt

Điện trở dây cuốn: Loại điện trở này dùng dây điện trở quấn trên lõi than và có 1 lớp cách điện thường bằng sứ hoặc nhựa tổng hợp để tạo ra điện trở có giá trị nhỏ và chịu được công suất tiêu tán lớn Thường được sử dụng trong các mạch cung cấp điện của cácthiết bị điện

Điện trở điều chỉnh: hay còn gọi là biến trở, giá trị điện trở có thể thay đổi được tùy ý

Hình 1.2: ký hiệu và hình dạng của tụ điện

Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động

1.3 IC 7805

Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử dụng IC ổn áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản Các loại ổn áp thường được sử dụng là IC 78xx,79xx, với xx là điện áp cần ổn áp

VD: 7805 ổn áp 5V,7812 ổn áp 12V.

Việc dùng các loại IC ổn áp họ 78xx tương tự nhau

Hình 1.3: sơ đồ chân ic7805

Sơ đồ chân của IC 7805:

 Chân số 1 là chân IN (hình vẽ trên)

 Chân số 2 là chân GND (hình vẽ trên)

 Chân số 3 là chân OUT (hình vẽ trên)

Một số thông số kĩ thuật:

Dòng cực đại có thể duy trì 1A

Dòng đỉnh 2.2A

Công suất tiêu tán cực đại nếu không dùng tản nhiệt: 2W

Công suất tiêu tán nếu dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W

Nếu vượt quá ngưỡng 4 ý trên 7805 sẽ bị cháy.

Thực tế ta nên chỉ dùng công suất tiêu tán =1/2 giá trị trên Các giá trị cũng không nên dùng gần giá trị max của các thông số trên Tốt nhất nên dùng ≤ 2/3 max Hơn nữa các thống số trên áp dụng cho điều kiện chuẩn nhiệt độ 25 độ C

1.4 Biến áp

Cấu tao:

Bộ phận chính của máy biến áp là một khung sắt non (có pha silic) gồm nhiều lá sắt mỏng ghép cách điện lại với nhau để hạn chế dòng điện Fu-cô (Foucalt) Hai đầu có hai cuộn dây Cuộn thứ nhất có N1 vòng dây nối với nguồn phát điện gọi là cuộn sơ cấp, cuộn thứ 2 có N2 vòng dây nối với các thiết bị tiêu thụ điện năng gọi là cuộn thứ cấp

cấp

Hình 1.5: Ký hiệu máy biến áp trong mạch điện

Nguyên lý của biến áp:

Một điện áp hàm sin sẽ tạo ra dòng điện hàm sin trong cuộn dây sơ cấp, dòng điện này

sẽ tạo ra một từ trường biến đổi luân phiên theo quy luật hàm sin Trong biến áp, từ

trường biến thiên này được cảm ứng tới một cuộn dây thứ hai qua một lõi sắt từ Điện áphàm sin được tạo ra trong cuộn dây thứ hai bởi sự thay đổi của từ thông ΔΦ.

Tùy theo số vòng dây của cuộn sơ cấp và thứ cấp mà quyết định biến áp là tăng áp hay

Hình 1.6: Cấu tạo của diode

Diode được cấu tạo từ là một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N Diode có hai cực là Anot (A) và Katot (K), nó chỉ cho dòng một chiều từ A sang K và nóđược coi như van một chiều trong mạch điện và được ứng dụng rộng rãi trong các máy thu thanh thu hình, các mạch chỉnh lưu, ổn định điện áp

Cấu tạo của Transitor:

Transitor hay còn gọi là bóng dẫn 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 Cấu trúc này được gọi là Bipolar Junction Transitor (BJT)

vì dòng điện chạy trong cấu trúc này bao gồm cả hai loại điện tích âm và dương (Bipolarnghĩa là hai cực tính)

Hình 1.7: Cấu tạo của transistor

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

Nguyên tắc hoạt động của Transitor:

Trong chế độ tuyến tính hay còn gọi là chế độ khuyếch đại, Transitor là phần tử khuyếchđại dòng điện với dòng Ic bằng β lần dòng bazo (dòng điều khiển ) Trong đó β là hệ số khuyếch đại dòng điện

Ic = βIB

Xét hoạt động của Transistor NPN:

Hình 1.8: Sơ đồ phân cực cho Transistor

Ta cấp một nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E trong đó (+) nguồn vào cực C và (-)nguồn vào cực E

Cấp nguồn một chiều UBE đi qua công tắc và trở hạn dòng vào hai cực B và E , trong đó cực (+) vào chân B, cực (-) vào chân E

Khi công tắc mở , ta thấy rằng, mặc dù hai cực C và E đã được cấp điện nhưng vẫn không có dòng điện chạy qua C - E ( lúc này dòng IC = 0 )

Khi công tắc đóng, tiếp giáp P-N được phân cực thuận do đó có một dòng điện chạy từ (+) nguồn UBE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua tiếp giáp BE về cực (-) tạo thành dòng IB.

Ngay khi dòng IB xuất hiện => lập tức cũng có dòng IC chạy qua tiếp giáp CE làm bóng đèn phát sáng, và dòng IC mạnh gấp nhiều lần dòng IB.

Như vậy rõ ràng dòng IChoàn toàn phụ thuộc vào dòng IB và phụ thuộc theo một công thức

I C = β.I B

Trong đó:

IC là dòng chạy qua tiếp giáp C-E

IB là dòng chạy qua tiếp giáp B-E

β là hệ số khuyếch đại của Transistor

Khi có điện áp UCE nhưng các điện tử và lỗ trống không thể vượt qua mối tiếp giáp P-N

để tạo thành dòng điện, khi xuất hiện dòng IBE do lớp bán dẫn P tại cực B rất mỏng và nồng độ pha tạp thấp, vì vậy số điện tử tự do từ lớp bán dẫn N ( cực E ) vượt qua tiếp

số các điện tử đó thế vào lỗ trống tạo thành dòng IB còn phần lớn số điện tử bị hút về phía cực C dưới tác dụng của điện áp UCE => tạo thành dòng ICE chạy qua Transistor.Trasistor còn có thể làm việc ở chế độ đóng cắt như một khóa điện tử Ta chỉ cần cấp một điện áp dương (+) vào chân B (đối với loại NPN) thì Transistor sẽ dẫn thông và tùy vào điện áp tại cực B mà điện áp UCE là nhỏ hay đạt giá trị max.

1.7 Relay

Rơ-le là một công tắc (khóa K) Nhưng khác với công tắc ở một chỗ cơ bản, rơ-le được

kích hoạt bằng điện thay vì dùng tay người Chính vì lẽ đó, rơ-le được dùng làm công tắc

điện tử! Vì rơ-le là một công tắc nên nó có 2 trạng thái: đóng và mở.

Hình 1.9: Cấu tạo và cách nối chân cho Relay

Cấu tạo Relay gồm 2 phần:

Cuộn hút:

Tạo ra năng lượng từ trường để hút tiếp điểm về phía mình

Tùy vào điện áp làm việc người ta chia Relay ra DC: 5V, 12V, 24V - AC: 110V, 220V

Cặp tiếp điểm:

Khi không có từ trường ( ko cấp điện cho cuộn dây) Tiếp điểm 3 được tiếp xúc với 5 nhờ lực của lò xo (Tiếp điểm thường đóng)

Khi có năng lượng từ trường thì tiếp điểm 3 bị hút chuyển sang 4 - Trong Relay có thể

có 1 cặp tiếp điểm, 2 cặp tiếp điểm hoặc nhiều hơn

1.8 IC NE555

Sơ đồ chân IC NE555:

Hình 1.10: sơ đồ chân IC555

+ Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi là chân

chung

+ Chân số 2(TRIGGER): Đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được dùng

như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp Mạch so sánh ở đây dùng các transitor PNPvới mức điện áp chuẩn là 2/3Vcc

+ Chân số 3(OUTPUT): Chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic Trạng thái của

tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1, 1 ở đây là mức cao nó tương ứng với gần bằng Vcc và mức 0 tương đương với 0V nhưng mà trong thực tế mức 0 này ko được 0V

mà nó trong khoảng từ (0.35 ->0.75V)

+ Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái ra Khi chân số 4 nối mass thì ngõ

ra ở mức thấp Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo mức áp trên chân 2 và 6.Nhưng mà trong mạch để tạo được dao động thường hay nối chân này lên VCC

+ Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC

NE555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối GND Chân này

có thể không nối cũng được nhưng mà để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ cho điện

áp chuẩn được ổn định

+ Chân số 6(THRESHOLD) : là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp khác

và cũng được dùng như 1 chân chốt

+ Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịu điều

khiển bởi tầng logic của chân 3 Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại, ngược

lại thì nó mở ra Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC NE555 dùng như 1 tầng dao động

+ Chân số 8 (Vcc): là chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động Nó được cấp điện áp

từ 2V >18V (Tùy từng loại 555 thấp nhất là con NE7555)

Cấu tạo bên trong và nguyên tắc hoạt động:

-Cấu tạo:

Hình 1.11: cấu tạo bên trong IC NE555

- Cấu trúc của IC NE555 gồm : 2 con Op-amp, 3 con điện trở, 1 transitor, 1 FF ( ở đây là

Khi S = [1] thì Q = [1] và khi R = [1] thì Q = [0] bởi vì Q-= [1], transisitor mở dẫn, cực

C nối đất Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp ở chân 6 không vượt quá V2 Dolối ra của Op-amp 2 ở mức 0, FF không reset

Khi mới đóng mạch, tụ C nạp qua Ra, Rb, với thời hằng (Ra+Rb)C

- /Q = 1 > Transistor dẫn, điện áp trên chân 7 xuống 0V

- Tụ C xả qua Rb Với thời hằng Rb.C

- Điện áp trên tụ C giảm xuống do tụ C xả, làm cho điện áp tụ C

nhảy xuống dưới 2Vcc/3

- /Q = 0 > Transistor không dẫn -> chân 7 không = 0V nữa và

tụ C lại được nạp điện với điện áp ban đầu là Vcc/3

Nói tóm lại các bạn cứ nên hiểu là :

Trong quá trình hoạt động bình thường của 555, điện áp trên tụ C chỉ dao động quanh điện áp Vcc/3 -> 2Vcc/3

- Khi nạp điện, tụ C nạp điện với điện áp ban đầu là Vcc/3, và kết thúc nạp ở thời điểm điện áp trên C bằng 2Vcc/3.Nạp điện với thời hằng là (Ra+Rb)C

- Khi xả điện, tụ C xả điện với điện áp ban đầu là 2Vcc/3, và kết thúc xả ở thời điểm điện áp trên C bằng Vcc/3 Xả điện với thời hằng là Rb.C

- Thời gian mức 1 ở ngõ ra chính là thời gian nạp điện, mức 0 là xả điện

Khối tín hiệu Khối điều khiển Khối thực thi

Khối nguồn

Chương 3 Thiết kế mạch chuông báo dùng cảm biến thân nhiệt 3.1

S ơ đồ khối toàn mạch

Hình 2.1: Sờ đồ khối toàn mạch

2.

2 Khối nguồn

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn

Nguồn cũng cấp cho toàn mạch là nguồn 5V 1 chiều Nguồn ta dùng ở đây có tính ổn định cao để mạch đếm chính xác nếu ta dùng nguồn không ổn định như pin, khi hết pin thì mạch đếm sẽ bị gián đoạn

Điện áp đầu vào sau khi đi qua biến áp ha áp xuống từ 220V AC-50Hz xuống còn 12V

AC Tiếp theo được đi qua cầu diode để chuyển từ điện áp xoay chiều thành một chiều