Đề tài mạch báo có người vào nhà sử dụng tia hồng ngoại

Khái niệm Điện trở là linh kiện thụ động không thể thiếu trong các mạch điện vàđiện tử chúng có tác dụng cản trở dòng điện, tạo sụt áp để thực hiện chức năngtùy theo vị trí của điện trở

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH VẼ 2

Hình 1.1 Một số loại điện trở thông dụng 5 2

Hình 1.2 Tụ gốm 6 2

Hình 1.3 Tụ hóa 6 2

Hình 1.4 Mô phỏng sơ đồ mạch điện và cấu tọa loa tĩnh điện 8 2

Hình 1.5 Hình dạng 1 số diode trong thực tế 10 2

Hình 1.6 Diode phát quang 10 2

Hình 1.7 Diode chỉnh lưu 10 2

Hình 1.8 Một số loại Tramsistor 12 2

Hình 1.9 Cấu tạo transitor 12 2

Hình 1.10 Hình dáng IC NE555 trong thực tế 14 2

Hình 1.11 Sơ đồ chân của IC NE555 14 2

Hình 1.12 Cấu trúc bên trong của IC NE555 16 2

Hình 1.13 Nguyên lý hoạt động của IC NE555 16 2

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 18 2

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch báo có người vào nhà sử dụng tia hồng ngoại 20 2

Hình 2.3 Sơ đồ mạch in 20 2

Hình 2.4 Sơ đồ lắp ráp 21 2

Hình 2.5 Hình ảnh sản phẩm 22 2

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH VÀ THỰC NGHIỆM 18

KẾT LUẬN 23

TÀI LIỆU THAM KHẢO 24

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Một số loại điện trở thông dụng 5

Hình 1.2 Tụ gốm 6

Hình 1.3 Tụ hóa 6

Hình 1.4 Mô phỏng sơ đồ mạch điện và cấu tọa loa tĩnh điện 8

Hình 1.5 Hình dạng 1 số diode trong thực tế 10

Hình 1.6 Diode phát quang 10

Hình 1.7 Diode chỉnh lưu 10

Hình 1.8 Một số loại Tramsistor 12

Hình 1.9 Cấu tạo transitor 12

Hình 1.10 Hình dáng IC NE555 trong thực tế 14

Hình 1.11 Sơ đồ chân của IC NE555 14

Hình 1.12 Cấu trúc bên trong của IC NE555 16

Hình 1.13 Nguyên lý hoạt động của IC NE555 16

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 18

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch báo có người vào nhà sử dụng tia hồng ngoại 20 Hình 2.3 Sơ đồ mạch in 20

Hình 2.4 Sơ đồ lắp ráp 21

Hình 2.5 Hình ảnh sản phẩm 22

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại hiện nay, khoa học kỹ thuật phát triển từng ngày Songhành với các thành tựu về khoa học công nghệ thì việc ứng dụng các thành tựu

ấy vào cuộc sống là điều rất cần thiết Đặc biệt là sự phát triển của ngành kỹthuật điện tử, đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với độ chính xác cao, gọn nhẹ vàviệc ứng dụng chúng ngày càng được mở rộng Vậy nên việc tạo ra những hệthống thiết bị đáp ứng yêu cầu an ninh trở nên dễ dàng hơn

Xuất phát từ lý do trên và những kiến thức chúng em có được trong quá

trình học tập và nghiên cứu, đặc biệt là được sự hướng dẫn của thầy Nguyễn

Thị Huyền Linh chúng em được nhận nghiên cứu đề tài: “Mạch báo có người

vào nhà sử dụng tia hồng ngoại ” Chúng em nghĩ rằng đây là cơ hội cho

chúng em học tập nghiên cứu để trinh phục đỉnh cao của khoa hoc và công nghệ.Do hạn chế về sự hiểu biết và thời gian, nên trong quá trình tìm hiểu , nghiêncứu và thuyết minh đề tài không tránh khỏi sai sót Chúng em rất mong nhậnđược những ý kiến đóng góp của thầy cô và bạn bè để đồ án của chúng em đượchoàn thiện hơn

Nhóm sinh viên thực hiện :Nguyễn Văn Minh

Trần Thế Nam

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT1.1 Điện trở

1.1.1 Khái niệm

Điện trở là linh kiện thụ động không thể thiếu trong các mạch điện vàđiện tử chúng có tác dụng cản trở dòng điện, tạo sụt áp để thực hiện chức năngtùy theo vị trí của điện trở trong mạch

+ Điện trở thường công suất nhỏ từ 0,125W – 0,5W

+ Điện trở công suất: công suất lớn hơn từ 1W,2W,5W,10W

+ Điện trở sứ ,điện trở nhiệt : cách gọi khác của điện trở công suất, có vỏbọc sứ và khi hoạt động chúng tỏa nhiệt

+ Điện trở dây quấn: Dùng dây điện trở quấn trên than lớp cách điệnthường bằng sứ, trị số điện áp thấp nhưng công suất làm việc từ 1W – 25W

1.1.3 Đặc điểm của điện trở

- Điện trở làm việc phụ thuộc vào nhiệt độ của nó , do đó trị số thay đổikhi có dòng chảy qua do có hiện tượng biến đổi năng lượng nhiệt trên thân điệntrở

- Giá trị điện trở còn thay đổi theo thời gian hay trong những điều kiệnđặc biệt theo tần số tín hiệu xoay chiều tác động lên nó

- Khi có 2 hay nhiều điện trở R R R1 , 2 , nmắc nối tiếp nhau thì giá trịđiển trở tổng bằng tổng các điện trở riêng

R R R = + + +R

Khi đó :

Điện trở thường Điện trở công

suất Điện trở côngsuất Biến trở

Hình 1.1 Một số loại điện trở thông dụng

1.2 Tụ điện

1.2.1 Khái niệm

Tụ điện là 1 loại linh kiện thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong cácmạch điện tử,có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng từ trường,lọc nhiễu,lọcnguồn,mạch truyền tín hiệu xoay chiều,mạch tạo dao động

Hình ảnh tụ điện:

1.2.2 Phân loại tụ điện

Đối với tụ điện có rất nhiều loại nhưng thực tế người ta phân ra thành 2loại chính là tụ không phân cực và tụ phân cực

- Tụ không phân cực : gồm các là kim loại ghép xen kẽ với lớp cách điệnmỏng,giá trị của nó thường là 1,8Pico F – 1Micro F

- Tụ phân cực : Có cấu tạo gồm 2 cực điện cách ly nhau nhờ 1 lớp chấtđiện phân mỏng làm điện môi Lớp điện môi càng mỏng trị số điện dung càngcao , nếu nối nhầm cực tính thì lớp điện môi sẽ bị phá hủy và làm hỏng tụ

+ Tụ giấy polyste : Chất điện môi bằng giấy ép tẩm polyster có dạng hìnhtrụ tròn, trị số 1nF - 1μF

+ Tụ hóa (Tụ điện phân) : Gồm lá nhôm cùng bột dung dịch điện phâncuốn lại đặt trong vỏ nhôm,điện áp làm việc thấp,kích thước và sai số lớn,trị số0,1 μF – 4700 μF

+Tụ biến đổi : Tụ xoay trong radio hoặc tụ tinh chỉnh

- Khi dùng tụ ta quan tâm đến 2 giá trị :

+ Điện dung của tụ : Khả năng tích điện của tụ (phụ thuôc điện tích bảncực,vật liệu chất điện môi và khoảng cách 2 bản cực)

+Điên áp của tụ : Khả năng chịu đựng của tụ

- Ghép nối tiếp : các tụ C C1, 2, ,Cn ghép nối tiếp thì điện dung tươngđương C của bộ tụ có giá trị :

-Ghép tụ hóa nối tiếp thì dương tụ này vào âm tụ kia, song song thì nóicùng cực

1.3 Loa điện động

1.3.1 Khái niệm

Loa điện động là 1 thiết bị có thể biến đổi tín hiệu điện thành chuyểnđộng cơ học để tái tạo âm thanh nằm trong tần số từ 16Hz – 20.000Hz mà conngười nghe được

Hình 1.4 Mô phỏng sơ đồ mạch điện và cấu tọa loa tĩnh điện

1.3.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Loa điện động hoạt động dựa trên nguyên tắc một cuộn dây đặt trong từtrường mạch của nam châm Khi có dòng điện âm tần chạy qua , cuộn dây sẽdao động Do cuộn dây được nối với màng loa nên các dao động này đượctruyền ra không khí thành âm thanh và truyền đến tai người nghe

Màng rung (màng loa) là nơi âm thanh được phát ra đến tai người nghe Tùy từng loại loa mà nguyên lý làm rung màng rung khác nhau

Đa số các loa màng rung được gắn với 1 cuộn dây , cuộn dây này đượcđịnh viij trong khe hẹp có từ trường mạnh được sinh ra giữa 2 cực của 1 namchâm vĩnh cửu Khi cho dòng tín hiệu đi qua cuộn dây thì xuất hiện lực từ làmrung nó , sự rung động của cuộn dây làm chuyển động màng loa

1.3.3 Phân loại và các thông số của loa

- Phân loại :

+ Loa nén (loa nón)

Là loại loa dùng để trang âm cho 1 vùng rộng lớn.

Loa nén có hệ thống cộng hưởng âm thanh qua 3 lần trước khi phát rangoài Tại vị trí màng rung được thiết kế buồng khép kín chỉ cho một đoạn ốnghình loe ra phía ngoài kéo dài 1 đoạn, cuối đoạn ống có một đoạn ống cũng hìnhloe được úp ngược lại và cuối đoạn loe khép ngược là 1 vách loa cuối cùng loerộng ra ngoài như ta thường thấy

Loa thường dùng trong truyền tải thông tín đại chúng, trong xe cứu thương,cảnhsát,cầm tay,thiết bị phát nhạc,…

1.3.4 Thông số loa

Loa điện thông thường có các thông số cơ bản :

• Điện trở loa : Ký hiệu (Ω) xác định bằng điện trở của loa khi đo ở tần số1Khz

• Công suất danh định : Công suất điện tính bằng VA hoặc W

• Dải tần tái tạo

• Trở kháng loa

• Hệ số song bài

• Áp lực âm tiêu chuẩn trung bình

1.4 Diode

+ Diode chỉnh lửu được ứng dụng trong bộ đổi nguồn

Hình 1.7 Diode chỉnh lưu+ Diode biến dung được dùng nhiều trong các bộ thu phát sóng điệnthoai,sóng cao tần,siêu cao tần

+ Diode tách sóng là loại Diode nhỏ ,vỏ bằng thủy tinh và còn được gọi làDiode tiếp điểm vì mặt tiếp xúc giữa 2 chất bán dẫn P-N tại một điểm để tránhđiện dung kí sinh.

+ Diode nắn điện : Là Diode tiếp mặt dùng để nắn điện trong bộ chỉnhluuw nguồn AC 50 Hz Diode này thường có 3 loại là : 1A,2A,5A

1.4.3 Tính chất, thông số và công dụng

- Tính chất : Diode chỉ dẫn điện một chiều từ Anot sang Katot :

+ Khi UAK > 0 ta nói diode phân cực thuận và dòng điện qua diode lúc

đó gọi là dòng điện thuận

+ Khi UAK < 0 ta nói phân cực ngược và dòng điện qua diode lúc đó gọi

là dòng điện ngược

- Thông số :

+ Giá trị trung bình dòng điện cho phép khi phân cực thuận

+ Giá trị điện áp ngược lớn nhất khi đặt vào diode chịu đựng

- Công dụng :

+ Chỉnh lưu , ổn áp điện áp

+ Do có nội trở lớn nên diode được dùng làm công tắc điện tử , đóng ngắtbằng điều khiển mức điện áp

+ Dùng hạn biến tín hiệu tránh nhiễu

+ Dùng tách song tín hiệu ra khỏi song cao tần

1.5 Transistor

1.5.1 Cấu tạo

Transistor gồm 3 lớp bán dãn ghép với nhau , hình thành 2 lớp tiwwpsgiáp P-N nằm ngược nhau (Diode BE và Diode BC ) Transistor giống như 2Diode nối nguwowicj chiều nhau Nếu 2 diode có chung vùng bán dẫn p thì ta

có Transistor ngược NPN, nếu có chung nhau vùng bán dẫn loại n thì ta cóTrasistor thuận PNP

Ba vùng nối ra 3 chân được gọi là 3 cực :

- Cực nối với vùng bán dẫn chung là cực gốc B (Base) Vùng này mỏng(10A o m) và có nồng độ tạp chất rất thấp.

- Hai cực còn lại nói với vùng bán dẫn ở 2 bên là cực phát Emitter (E) vàcực thu Collector có cùng loại bán dẫn ( loại N hoặc P ) nhưng có kích thước vànồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị được cho nhau Vùng E có nồng

độ tạp chất lớn nhất , còn vùng C có nồng độ tạp chất nhỏ hơn vùng E và lớn hơnvùng B

Hình 1.8 Một số loại Tramsistor

Hình 1.9 Cấu tạo transitor

1.5.2 Phân cực cho Transitor

Muốn BJT làm việc như một phần tử tích cực thì phải đưa tới các cực củaTransistor các mức điện áp DC có giá trị khác nhau gọi là phân cực

Nếu gọi U U UE, B, C lần lượt là điện thế của các cựcEmitter,Base,Collector căn cứ vào điều kiện phân cực giữa các điện thế nàyphải thỏa mãn :

E B C

U U U< <

Các phương pháp phân cực cho Transistor :

- Phân cực theo kiểu định dòng

- Phân cực theo kiểu điện áp phản hồi

- Phân cực theo kiểu tự phân cực

1.5.3 Cách mắc và chế độ làm việc của Transistor

+ Kiểu mắc Collector chung (CC) : IB là dòng vào , IE là dòng ra , UCB

là điện áp vào , UCE là điện áp ra

+ Chế độ khuếch đại đảo khi DBE khóa và DBC mở

+ Chế độ bão hòa khi cả 2 cùng mở

+ Chế độ cắt dòng khi cả 2 cùng khóa

Chế độ khuếch đại là điển hình nhất khi sử dụng BJT như một phần tửtuyến tính để khuếch đại tín hiệu xoay chiều trong khi chế độ bão hòa và cắtdòng là 2 trường hợp giới hạn , BJT làm việc như một khóa điện tử với hai trạngthái phân biệt : dòng nhỏ,áp lớn thì cắt còn dòng lớn ,áp nhỏ thì bão hòa

Ở chế độ khuếch đại yêu cầu cơ bản của Diode DBE là phải mở với điện

áp rơi trên nó là 0,7V(Si) hay 0,3V(Ge) , Diode DBC phải khóa

1.6 IC NE555

1.6.1 Sơ đồ chân và chức năng của từng chân

- NE555 là một thiết bị hết sức ổn định cho sự dao động và tạo độ chính xácđịnh thời

+ Chấn 2 (Chân khởi hành – Trigger) : Ngõ vào là nguyên nhân làm ngõ

ra cao hay bắt đầu chu kì định thời Xuất hiện khi ngõ vào chân khở hành đi từđiện áp trên 2/3 Vcc đến một điện áp thấp hơn 1/3 Vcc

+ Chân 3 (Đầu ra – Output) : Ngõ ra của IC di chuyển đến một mức cao

là 1,7V thấp hơn nguồn cung cấp khi chu kì định thời bắt đầu Dòng tối đa từngõ ra khoảng 200mA

+ Chân 4 (Chân khởi động lại – Reset) : Khi chân này nối mase thì ngõ ra

ở mức thấp Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theomức áp trên chân 2 và 6

+ Chân 5 (Chân điều khiển – Control Voltage) : Chân này cho phép thayđổi điện áp chuẩn trong IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điệntrở ngoài cho nối mase Khi NE 555 đang vận hành trong trạng thái không ổnđịnh và dao động Trong hầu hết các mạch ứng dụng chân số 5 nối mase quamột tụ để lọc bỏ nhiễu giữ cho mức áp chuẩn ổn định

+ Chân 6 (Chân ngưỡng cửa – Threshold) : Để khởi động lại chốt cửa vàlàm ngõ ra về mức thấp Sự khởi động xuát hiện khi điện áp trên chốt di chuyển

từ điện áp dưới 2/3 Vcc đến điện áp trên 2/3 Vcc

+ Chân 7 (Chân thoát gỡ - Dischager) : Được xem như một khóa điện tử

và chịu điều khiển bởi tang logic chân 3 , khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa lại

và ngược lại nó mở ra Chân 7 tự xả nạp cho 1 mạch R-C lúc IC 555 dùng nhưmột tầng dao động

+Chân số 8 ( Vcc) : Là chân cho nguồn dương vào cung cấp cho ICNE555 nguồn áp cung cấp có phạm vi nhỏ nhất là 4,5V đến cao nhất là 18V

1.6.2 Cấu trúc bên trong và nguyên lý hoạt động của IC NE555

-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 3điện trở mắc nối tiếp chia điện áp Vcc thành 3 phần và tạo thnahf điện ápchuẩn Điện áp 1/3 Vcc nối vào dương chân OP-amp 1 và điện áp 2/3 Vcc nóivào chân âm OP-amp 2 Khi điện áp chân 2 nhỏ hơn 1/3 Vcc , chân S = [1] và

FF được kích Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 Vcc, chân R của FF = [1] và

FF được reset

Hình 1.12 Cấu trúc bên trong của IC NE555

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] vàQ= [0] Ngõ ra của IC ở mức 1

Khi Q= [0] Transistor tắt tụ C tiếp tục nạp qua R , điện áp trên tụ tăng Khi nhấn công tắc lần nữa OP-amp 1 có V- = [1] lớn hơn V+ nên ngõ ra củaOP-amp 1 ở mức 0 , S= [0] và Q,Q không đổi Trong khi điện áp tụ C nhỏ hơn

Kết quả : Ngõ ra OUT có tín hiệu dao động dạng song vuông có chu kỳ

ổn định

1.7 LED thu - phát hồng ngoại

1.7.1 Khái niệm về tia hồng ngoại

+ Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại là ánh sang không thể nhìn thấyđược bằng mắt thường , có bước sóng 0.86µm đến 0.98µm Tia hồng ngoại cóvận tốc truyền bằng vận tốc ánh sáng

+ Tia hồng ngoại có thể truyền đi được nhiều kênh tín hiệu Nó được ứngdụng rộng rãi trong công nghiệp Lượng thông tin có thể đạt 3 mega bit /s

+ Sóng hồng ngoại có những đặc tính quan trọng giống như ánh sáng ( sựhội tụ qua thấu kính, tiêu cự ,…) Ánh sáng thường và ánh sáng hồng ngoạikhác nhau rất rõ trong sự xuyên suốt qua vật chất , vật liệu bán dẫn trở nêntrong suốt đối với ánh sáng hồng ngoại , tia hồng ngoại không bị yếu đi khi vượtqua các lớp bán dẫn để đi ra ngoài

+ Loại phát( có 2 chân ) : Là 1 LED hồng ngoại , nó hoạt động khi cấpnguồn (phân cực thuận) hoặc cấp xung là nó phát ra tia hồng ngoại

+ Loại thu (2 chân hoặc 3 chân) : Tia hồng ngoại từ phần phát được tiếpnhận bởi LED thu hồng ngoại hay các linh kiện khác , khi nó nhận được tín hiệuthì nó dẫn ( giống như một công tắc đóng mở mạch điện)

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH VÀ THỰC NGHIỆM

2.1 Sơ đồ nguyên lý

2.1.1 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn+ Máy biến áp

Yêu cầu đề bài điện áp ra ổn định tối đa là 12V DC , mà điện áp đầu làvào 220V AC nên ta có thể sử dụng máy biến áp 220V AC – 24V AC – 3Ahoặc 220V AC – 12V AC – 1A,… Trong đề tài chúng em chọn 220V AC – 24V

AC – 3A vì sẵn có trong bộ linh kiện củ chúng em

Trong đồ án này chúng em chọn tụ 2200µF để san phẳng điện áp.

Có 2 loại linh kiện ổn áp họ 78XX và 79XX

Họ 78XX là họ cho ổn định điện áp đầu ra là dương Còn XX là giá trịđiện áp đầu ra như 5V, 8V,…

Họ 79XX là họ ổn định điện áp đàu ra là âm Còn XX là giá trị điện ápđàu ra như -5V,-8V,…

Đồ án này cần điện áp 12V nên ta sử dụng IC 7812

2.2.2 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch báo có người vào nhà sử dụng tia hồng ngoạiKhi cấp nguồn LED PHAT phát ra tia hồng ngoại chiếu thẳng vào mắtLED THU nếu LED THU không bị chặn thì sẽ nhận tín hiệu từ LED PHAT và

mở để dòng điện đi qua xuống mass , vì thế Transistor 1 khóa lại ,không có tínhiệu cấp vào chân 2 của IC NE555 và đầu ra 3 cũng không có tín hiệu đưa vàochân B của Transistor 2 nên Transistor 2 cũng khóa ,loa không kêu

Khi LED THU bị chặn tín hiệu từ LED PHAT thì LED THU sẽ khóa lạikhông cho dòng điện đi qua làm cho sự chênh lệch điện áp trên cực B củaTransistor 1 dẫn đến có dòng vào chân B của Transistor 1, kích mở choTransistor 1 hoạt động , tín hiệu lấy ra từ chân C này được đưa vào chân 2 của

IC NE555 IC NE555 nhận tín hiệu được khuếch đại đưa tín hiệu ra chân 3 , từchân 3 của IC NE555 được cấp vào chân B của Transistor 2 làm Transistor 2

mở ra dẫn dòng Cuối cùng loa nhận được dòng tín hiệu và phát ra âm thanhbáo động

2.3 Sơ đồ mạch in

Hình 2.3 Sơ đồ mạch in