Thiết kế và thi công hệ thống chống trộm dùng tia laser

MỤC LỤCĐề tài gồm có 3 phần: + Phần 1: Phần này bao gồm các nội dung như sau: - Giới thiệu đề tài - Giới thiệu những sản phẩm đã có - Các phương pháp thực hiện - Lựa chọn phương án - Giớ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

Đồ ÁN MÔN HỌC I

tài:

Thiết kế và thi công hệ thống chống trộm dùng tia Laser

SVTH : Nguyễn Đửc Huy MSSV : 07101041

GVHD: Nguyễn Trường Duy

Tp.HCM, tháng 12 năm 2010

http://0 7101L spkt net

NHIỆM VỤ ĐÒ ÁN MÔN HỌC

Họ và tên sinh viên: NGUYỄN ĐỨC HUY Mssv: 07101041

Lóp: 071011C Ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử

1 Tên đề tài:

Thiết kế và thi công mạch chống trộm dùng tia laser

2 Nội dung các phần thuyết minh tính toán và thi công:

Mạch bao gồm các khối sau:

1 Nguồn 5V

2 Mạch phát Laser

3 Cảm biến ánh sáng (Quang trở)

4 Khối so sánh dùng LM358

5 IC 555 tạo xung và điều chỉnh thời gian âm thanh phát ra loa

6 Loa

3 Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN TRƯỜNG DUY 4 Ngày giao nhiệm vụ: 13/10/2010

5 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 20/12/2010

Giáo viên hướng dẫn

Hưóng dẫn thực hiện đồ án môn học

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, khoa học kỹ thuật phát triển như vũ bão, con người bước vào một thời đạimới - thời đại mà mỗi giờ, mỗi phút, thậm chí là mỗi giây trôi qua lại xuất hiện nhữngphát minh, tiến bộ khoa học - kỹ thuật

Công nghệ mới xuất hiện liên tục, từ đó, những thành tựu của khoa học- kỹ thuật được

áp dụng vào đời sống thực tiễn Nhờ vậy, con người ngày càng tận hưởng được cuộcsống một cách tiện nghi và thoải mái hơn Chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy, thiết bịcông nghệ hiện diện mọi nơi, trong mọi lĩnh vực

Ớ khắp mọi nơi trên trái đất, hàng ngàn việc nghiên cún, trung tâm với hàng triệu kỹ sưvẫn đang miệt mài nghiên cứu để đóng góp cho nhân loại những cải tiến, tìm tòi ra

những kỹ thuật mới,phục vụ cuộc sống Có thế nói, sức mạnh về khoa học - kỹ thuậtchính là sức mạnh ghê gớm nhất, nó có thể chi phối các mặt khác như quân sự, kinhtế, thể hiện vị thế, vai trò của một quốc gia trên trường quốc tế

Ớ Việt Nam, không nằm ngoài xu thế của thời đại, các nhà nghiên cứu, các kỹ sư đặcbiệt là thế hệ trẻ, các bạn sinh viên vẫn tích cực, say mê nghiên cún khoa học để tìm ranhững kỹ thuật mới, trao đổi, học hỏi và tiếp thu những công nghệ mới trên thế giới đếphục vụ cho công cuộc hiện đại hóa- công nghiệp hóa đất nước

Dầu biết rằng trình độ khoa học- kỹ thuật ở Việt Nam ở nhiều lĩnh vực vẫn có khoảngcách khá xa so với các nước tiên tiến nhưng với lòng say mê tìm tòi, đức tính cần cùchịu khó và thông minh của người Việt Nam, tin rằng một ngày không xa, chúng ta sẽbắt kịp và hòa nhịp vào dòng chảy công nghệ trên thế giới

Đe phát triến những công nghệ mới thì trước hết phải nắm chắc và hiếu rồ những vấn

đề cơ bản trong mỗi lĩnh vực Đó cũng là lý do người viết tiến hành nghiên cứu đề tàinày, mục tiêu là đế làm rõ một số yếu tố chủ yếu, cơ bản nhất đế có thể phát triển các

kỹ thuật, sản phẩm mới hơn, hiện đại hơn trong tương lai

LỜI CẢM ƠN

Đe hoàn thành đề tài này thì người thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn giáo viênhướng dẫn: thầy Nguyễn Trường Duy, người đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ người viếtthực hiện đề tài đúng thời gian và đúng hướng.

Những kiến thức thu nhặt được trong quá trình nghiên cún đề tài, phần nhiều được thầyhướng dẫn đều cực kỳ có ích, giúp người thực hiện hiếu rõ hơn, nắm chắc hơn một sốvấn đề cơ bản, đồng thời sẽ giúp ích người viết trong con đường học tập sau này cũngnhư trong tương lai

Người viết cũng xin chân thành cảm ơn thư viện trường ĐH SPKT TPHCM đã cungcấp rất nhiều tài liệu, giáo trình quan trọng giúp người viết thu thập và hệ thống kiếnthức để hoàn thành đề tài

Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn đến các trang web như www.dientuvietnam.net

www.lqv77.com.minhdt Đã cho người viết rất nhiều kiến thức phục vụ đề tài

Người thực hiện đề tài cũng không quên cảm ơn các anh, chị và các bạn đã tận tinh giúp

đờ người viết thông qua việc góp ý, hoàn thiện đề tài

MỤC LỤC

Đề tài gồm có 3 phần:

+ Phần 1: Phần này bao gồm các nội dung như sau:

- Giới thiệu đề tài

- Giới thiệu những sản phẩm đã có

- Các phương pháp thực hiện

- Lựa chọn phương án

- Giới hạn đề tài

+ Phần 2: Đây là phần nội dung của đề tài

- Chương 1: Các vấn đề liên quan

- Chương 2: Thiết kế và thi công mạch chống trộm bằng tia laser

- Chương 3: Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch chống trộm bằng tia laser

+ Phần 3: Ket luận và hướng phát triển

- Ket luận

- Hướng phát triển

PHẢN I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1/ Giói thiệu tổng quát:

Trong xã hội ngày nay, cùng với sự tiến bộ của KH-KT, cuộc sống con người trở nên

đầy đủ và tiện nghi hơn, lượng của cải vật chất cũng được tạo ra nhiều hơn

Do đó, việc bảo vệ và giữ gìn tài sản được đặt ra rất cấp thiết Đe giải quyết vấn đề đó,con người đã thiết kế ra các hệ thống phát hiện, cảnh báo và chống lại sự xâm nhập củacác thành phần xấu, giữ gìn tài sản được an toàn

Với vốn kiến thức còn hạn chế của mình, người viết sẽ giới thiệu và trình bày một hệ

thống cảnh báo người khác xâm nhập một cách đơn giản nhất Đây có thể chưa phải làmột hệ thống hoàn chỉnh và hiện đại nhưng nó thể hiện những nguyên lý cơ bản nhất

của một hệ thống chống trộm, tù’ đó mở ra khả năng phát triển những hệ thống tốt, hoànthiện hơn cũng như ứng dụng vào các mục đích khác nhau trong cuộc sống

- Độ ôn định không cao

- Tín hiệu điều khiển yếu trong môi trường xuất hiện nhiều sóng gần với hồngngoại

Khi có xung ra ở chân 3 thì led phát hồng ngoại sẽ sáng.

Mạch thu gồm 1 mắt thu hồng ngoại, khi có ánh sáng hồng ngoại chiếu vào thì sẽ tạo tínhiệu ra chân 3, tín hiệu qua transistor TI khuếch đại, đảo đua vào chân 2 (Trigger) của

IC 555 IC 555 đuợc mắc theo kiểu phát hiện không có xung, nghĩa là nếu chân 2 không

có tín hiệu ( khi tia hồng ngoại bị nguời đi qua chặn lại không đến được mắt thu) sau 1khoảng thời gian thì chân 3 (output) sẽ lên mức cao, tạo tín hiệu đưa vào IC ƯM66 (đây

là IC nhạc có 3 chân), sau đó tín hiệu từ IC ra đưa vào transistor T2 khuếch đại rồi đưa

ra loa

Led2 ở đây là module phát laser LDR là quang trở Bình thường, tia laser tò modulelaser được chiếu thẳng qua quang trở làm trị số điện trở của quang trở nhỏ, không đủphân cực cho transistor Q2 dẫn, Q2 tắt làm cho transistor Q3 dẫn, tín hiệu từ cực c củatransistor Q3 được đưa đến chân 2 (Trigger) của IC 555 Vì Q3 dẫn nên cực c của Q3

sẽ ở mức thấp, chân 2 của IC 555 không có tín hiệu nên chân 3 (output) của IC cũngkhông có tín hiệu ra

Khi có người đi qua chắn ngang đường đi của tia laser, quang trở không có ánh sángchiếu vào nên trị số lớn, phân cực cho Q2 dẫn làm Q3 tắt, cực c của Q3 lên mức cao,đưa tín hiệu đến chân 2 của IC 555, IC 555 trong trường hợp này là một mạch daođộng tạo xung vuông (có biến trở đế chỉnh chu kỳ xung vuông tạo ra) nên khi có tínhiệu vào chân 2 thi sẽ tạo ra xung vuông ở ngõ ra chân 3 Tín hiệu được đưa đến ICHT2860 (là loại IC có các ngõ vào cài đặt đế lựa chọn các loại âm thanh nạp sẵn trongIC) sau đó tín hiệu được đưa qua Transistor Q4 khuếch đại rồi phát ra loa

PIR Sensor

PIR ( Passive Infra-Red) là loại cảm biến dùng để phát hiện sự chuyển động của người

(hay động vật) trong khu vực quét của cảm biến

PHÀN II: NỘI DUNG ĐÈ TÀI

Chương 1: Các vấn đề liên quan

Diode được lọc phẳng bởi tụ C22 và C11, tiếp tục được đưa qua IC ốn áp 7805 để tạo ra

áp 5V đưa qua tụ C3 lọc, ta được điện áp 5Vdc DI 11 là led báo nguồn, khi có nguồn5V ra led sẽ sáng

Sơ đồ 7805:

Input ReguLation Reg line 1 Tj-25t

Output Voltage Voor 1 7.0VáViNá20V

Average Ternixrature

Coeffirient oí

Output Voltage

II/ Laser Diode:

Có nhiều loại Laser Diode trên thị trường, với các bước sóng khác nhau Bước sóng

phát của Laser Diode phụ thuộc vào nhiệt độ

0 10 20 30 40 50 60 70

Temperature of laser diode

Fig 2 Temperature dependence of the \vavelength of a laser diode

III IC 555:

Cấu tạo của NE555 gồm OP-amp so sánh điện áp, mạch lật và transistor để xả điện.Cấu tạo của IC đơn giản nhung 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 duơng 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

Khi bấm công tắc khởi động, chân 2 ở mức 0.

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

= [1] và ^ = [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 côngtắc lần nữa Op-amp 1 có V- = [1] lớn hơn v+ nên ngõ ra của Op-amp 1 ở mức 0, s =[0], Q và Q vẫn không đổi Trong khi điện áp tụ c nhỏ hơn V2, FF vẫn giữ nguyên

tần số và độ rộng bất kỳ.

1 IC tạo dao động XX555 ; XX có thể là TA hoặc LA V V

Bạn hãy mua một IC họ 555 và tự lắp cho mình một mạch tạo dao động theo sơ đồ

nguyên lý như trên

Vcc cung cấp cho IC có thể sử dụng từ 4,5V đến 15V , đường mạch mầu đỏ là dương

nguồn, mạch mầu đen dưới cùng là âm nguồn

Tụ 103 (10nF) từ chân 5 xuống mass là cố định và bạn có thể bỏ qua ( không lắp cũng

được)Khi thay đổi các điện trở Rl, R2 và giá trị tụ C1 bạn sẽ thu được dao động có tần số và

độ rộng xung theo ý muốn theo công thức

T = 0.7 X (RI + 2R2) X C1 và f = 1.4 / ((RI + 2R2) X C1 )

T = Thời gian của một chu kỳ toàn phần tính bằng (s)

f = Tần số dao động tính bằng (Hz)

RI = Điện trở tính bằng ohm (W )R2 = Điện trở tính bằng ohm ( w )C1 = Tụ điện tính bằng Fara ( w )

Model Vmax Pmax Nhiệt độ

niôi trường ( Q

Đỉnh quang phổ (nm)

Điện trở khi

có ánh sáng (kí ĩ)

Điện trở khi không có ánh sáng

(MSI)

y min Thời gi, _

ứn&i Mức cao

an đáp ms) Mức thấp

Từ các công thức trên ta có thể tạo ra một dao động xung vuông có độ rộng Tm và Ts

bất kỳ

Sau khi đã tạo ra xung có Tm và Ts ta có T = Tm + Ts và f = 1/ T

IV Quang trở:

Quang trở là linh kiện điện tử dùng để nhận biết sự xuất hiện của ánh sáng, cũng như đolường tương đối cường độ ánh sáng chiếu tới.

Quang trở trong mạch thường có ký hiệu là LDR (Light Dependent Resistor) tức là điệntrở phụ thuộc ánh sáng Bình thường, khi không có ánh sáng chiếu tới bề mặt hoạt độngcủa quang trở thì quang trở có trị số rất lớn (vài Mfì) nhưng khi có ánh sáng chiếu vàothì trị số điện trở lại giảm xuống Tùy vào cường độ ánh sáng mà trị số này giảm nhiềuhay ít

Qaung trở thường được sử dụng trong các ứng dụng như các mạch điện phát hiện ánhsáng, các mạch điện đóng ngắt đèn đường,v.v

Tim hiểu quang trỏ'và ừng dụng

V LM358:

Lm358 là IC khuếch đại thuật toán kép, gồm 2 bộ khuếch đại thuật toán bên trong Mỗiop-amp có 3 chân, ngõ vào đảo(- input), ngõ vào không đảo (+ input), và ngõ ra, hoạtđộng với 1 nguồn cung cấp, ngưỡng điện áp vào thay đổi trong phạm vi rộng

• Các thông so cơ bản:

- Độ lợi điện áp dc lớn : lOOdB

- Băng thông rộng : 1 Mhz (có bù nhiệt)

- Dải điện áp cung cấp rộng (3V tới 32V đối với nguồn đơn, ±1.5V tới ±16Vđối với nguồn đôi)

- Điện áp offset ngõ vào thấp : 2 mV

- Điện áp ngõ vào vi sai tương đương với điện áp nguồn cung cấp

- Điện áp ngõ vào: - 0.3V đến 32V

- Dòng ngõ vào (Vin < -0.3V): 50mA

- Dải nhiệt độ hoạt động: 0 tới +70°c

- Nhiệt độ chì hàn: 260°c

0

Non-lnverting DC Gain (0V Output)

*R rtot re&deđ đue to terrperatiire inđepsrđent l|

cố định sao cho tia lser chiếu thắng qua bên quang trở ở mạch thu.

IC 555 tạo thành mạch dao động tạo xung vuông với chu kỳ lớn nhất được tính như sau:

T = ln(2) X (Rí + 2R2 ) X C1

= ln(2) X 100 000 X 0.0000022

= 0.15 (s)

Transistor C1815 Q5 được dùng để khuếch đại tín hiệu trước khi đưa ra loa

Loa trong trường hợp đề tài này được sử dụng là loại loa nhỏ, chủ yếu để phát ra âmthanh báo hiệu

Chương 3: Nguyên lý hoạt động của mạch chống trộm dùng tia laser

Tín hiệu tù’ bên phát được đưa đến quang trở Ớ điều kiện làm việc bình thường, khiquang trở được chiếu sáng bởi tia laser, giá trị điện trở của quang trở giảm chỉ còn vài

kn nên áp rơi trên quang trở nhỏ Áp này được đưa đến ngõ vào đảo của Op-Amp (ICLM358) Ngõ vào không đảo của Op-Amp được nối với một biến trở để lấy điện ápchuẩn so sánh Biến trở này có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh độ nhạy củamạch Vì điện áp ở ngõ vào đảo (lấy từ quang trở) nhỏ hơn điện áp chuẩn nên ngõ racủa Op-Amp có giá trị là 5V, do đó, transistor Q25 được phân cực dẫn ở chế độ dẫn bãohòa nên ngõ ra c của transistor không có tín hiệu IC555 không có xung kích vô chân

số 2 (Trigger) nên không có xung ở ngồ ra, transistor Q5 tắt và loa không kêu

Trong trường hợp có người đi qua, chắn ngang đường đi của tia lser từ mạch phát đếnquang trở Quang trở không nhận được tia laser nên có trị số lớn (vài MTT), áp rơi trênquang trở lớn, được đưa đến ngõ vào đảo của Op-Amp Vì ngõ vào đảo có giá trị điện

áp lớn hơn ngõ vào không đảo nên ngõ ra của Op-Amp có giá trị là 0, làm cho transistorQ25 tắt, có tín hiệu ra ở cực c của Transistor

Tín hiệu này được đưa đến chân số 2 (Trigger) của IC 555 làm IC 555 hoạt động tạo raxung vuông ở chân 3 (output) Xung vuông này có chu kỳ lớn nhất là 0.15s (có thể thayđổi chu kỳ xung nhò' biến trở RV1 lOOk) Tín hiệu xung vuông được đưa đến TransistorQ5 khuếch đại, đưa đến loa, trong trường hợp này thì loa sẽ kêu lên báo hiệu có người

đi ngang qua

Diode D5 dùng đế bảo vệ loa chống sức điện động ngược sinh ra trên cuộn dây trongloa khi Transistor ngưng dẫn

Chức năng của IC 555 trong trường hợp này dùng để điều chỉnh thời gian âm thanhphát ra loa Khi có người đi chắn ngang đường truyền của tia laser đến quang trở rồi sau

đó người đi khỏi, tia ĩaser lại chiếu trực tiếp lên bề mặt quang trở, nếu không điều chỉnhthời gian âm thanh phát ra loa dài thì sè làm giảm tác dụng phát hiện và cảnh báo củamạch này Thời gian này được điều chỉnh bởi biến trở RV2

PHẢN III: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐÈ TÀI

I Kết luân:

Đây là đề tài nghiên cứu, thiết kế và thi công mạch chống trộm dùng Laser Trong đềtài, người viết đã giới thiệu một số mạch điện và ứng dụng liên quan như mạch nguồn 5Vdc, các mạch cảnh báo, chống trộm dùng các phương pháp khác

Người viết đã tính toán và lựa chọn linh kiện để tạo thành một mạch chống trộm bằnglaser tương đối hoàn chỉnh, đơn giản và có độ chính xác tương đối

II Tóm tắt:

Sau một thời gian tìm hiểu, tham khảo tài liệu từ nhiều nguồn khác nhau, cũng nhưđược sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn và bạn bè, người viết đã hoàn thành đề tài vớinhững phần chính sau:

PHẦN I: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

PHẢN //:NỘI DUNG ĐỀ TÀI

Chưo’ng 1: Các vấn đề liên quan

Chương 2: Thiết kế, tính toán và thi công mạch chống trộm dùng ĩaser

Chưong 3: Nguyên lý hoạt động mạch chống trộm dùng laser

III ƯU và khuyết điểm của đề tài:

Dù đã rất cố gắng nhưng trong quá trình thực hiện không tranh khỏi những thiếu sótnhưng người viết hi vọng bài viết này có thể xem như một tài liệu tham khảo cho những

ai muốn tìm hiểu về các mạch cảnh báo, chống trộm đơn giản Cũng như thông qua bàiviết này, người viết cũng nhắc lại một số kiến thức, nguyên lý cơ bản của một số linhkiện và mạch điện thông dụng, mong muốn người xem có thêm một nguồn tra cứu khicần

► Ưu điểm:

- Mạch được thiết kế với các biến trở, ta có thế dễ dàng điều chỉnh tùy thuộcvào yêu cầu và trường hợp cụ thể

- Cấu tạo và hoạt động đơn giản

- Tia laser có cường độ mạnh, độ chính xác tương đối cao

- Có thể mở rộng và phát triển dễ dàng

- Dễ lắp đặt và thiết lập.

- Sử dụng các linh kiện quen thuộc

► Khuyết điểm:

- Cấu tạo mạch còn đơn giản, dễ bị phát hiện

- Hệ thống cảnh báo chưa hoàn chỉnh

- Phải tính toán và điều chỉnh lại các thông số trong các trường hợp khác

IV Hướng phát triển của đề tài:

Đe tài có thể được mở rộng ra bằng việc sử dụng các loại cảm biến ánh sáng, thân

nhiệt,., hay dùng vi điều khiển, kết hợp với ngõ ra tác động đến chuông báo, camera anninh quay hình lại hay tự động kết nối đến tống đài cảnh sát

Ngoài ra, bên cạnh mục đích phát hiện sự xâm nhập, đề tài này còn có thể được ứngdụng ở nhiều lĩnh vực khác như đếm số người ra vào kho, hiến thị số người trong kho

để bảo đảm an toàn khi làm việc trong các kho lạnh,v.v

► Tài liêu tham kháo :

1) Giáo trình điện tử cơ bản 1,2 trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM

2) Giáo trình Kỹ thuật số trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM

3) Tài liệu về mạch chống trộm dùng laser của tác giả trang web

http ://my opera.com/minhdt/

4) Tài liệu tiếng Anh trên các trang web:

http://en.wikipedia.org/wiki/Passive inữared sensor

http://en.wikipedia.org/wiki/Laser diode

http ://www ■ ladvada.net/leam/sensors/pir html