Mạch cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở (LDR)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIVIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ****** BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Đề tài 10: Mạch cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở LDR.. I.3 Sản phẩm đã được ứng dụng trên thị trư

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

******

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

Đề tài 10: Mạch cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở (LDR).

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Vũ Thắng.

Sinh Viên Thực Hành: 1 Nguyễn Thanh Tùng – MSSV: 20136765

2 Phạm Thị Thu Hiền – MSSV: 20135523

3 Bùi Thị Hạnh – MSSV: 20135471

4 Lê Minh Chánh – MSSV:20155150

5 Phạm Quốc Bảo – MSSV:20121268

Mục lục

I ĐẶT VẤN ĐỀ 2

1.1 Lý do chọn sản phầm: 2

1.2 Ứng dụng: 2

1.3 Sản phẩm đã được ứng dụng trên thị trường: 2

Đèn Đường LED Cảm Biến Quang 30W: 2

Thiết Bị Cảm Biến Quang Điện AS2403A: 2

II ĐIỀU TRA SẢN PHẨM: 3

2.1 Tiêu chí chức năng 3

2.2 Tiêu chí phi chức năng: 3

III KẾ HOẠCH THỰC HIỆN SẢN PHẨM 3

3.1 Sơ đồ khối………3

3.2 Linh kiện sử dụng 4

3.3 Sơ đồ nguyên lý: 9

3.4 Mô phỏng mạch trên Proteus: 10

IV THỰC HIỆN SẢN PHẨM 11

V KẾT LUẬN: 12

I ĐẶT VẤN ĐỀ

I.1 Lý do chọn sản phầm:

- Điện năng là một nguồn năng lượng rất quan trọng trong cuộc sống hiện đại, chính vì vậy mà điện cần phải sử dụng trong đời sống một cách thích hợp

- Mạch cảm biến ánh sáng ra đời giúp tiết kiệm rất nhiều điện năng và công sức điều khiển hệ thống chiếu sáng

I.2 Ứng dụng:

Mạch cảm biến được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều thiết bị chiếu sáng quen thuộc như đèn đường, đèn công viên, đèn cầu thang,

I.3 Sản phẩm đã được ứng dụng trên thị trường:

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều sản phẩm ứng dụng của mạch cảm biến ánh sáng phục

vụ cho mục địch chiếu sáng và một số mục đích khác Dưới đây là một số ví dụ:

Đèn Đường LED Cảm Biến Quang 30W:

Tính năng:

- Tự động tắt bật dựa trên điều kiện ánh sáng môi trường

- Tiêu chuẩn chống nước IP65

- Tản nhiệt tối ưu

- Tuổi thọ 50,000 giờ

- Chống sét quá tải.

Thiết Bị Cảm Biến Quang Điện AS2403A:

Tính năng:

- Cảm biến ánh sáng ON/ OFF theo điều kiện môi trường

- Tuổi thọ và độ bền cao

- Nhiệt độ làm việc: -10oC đến 40oC

- Ứng dụng: biển quảng cáo, chiếu sáng công cộng…

II ĐIỀU TRA SẢN PHẨM:

II.1 Tiêu chí chức năng

- Đèn LED phải tự động bật/tắt tùy theo cường độ ánh sáng chiếu vào quang trở

- Mạch đơn giản, dễ tùy biến và có độ nhạy cao

- Hoạt động ổn định khi sử dụng nguồn một chiều 4-6 V

- Tín hiệu đầu vào: Tín hiệu ánh sáng chiếu vào quang trở

- Tín hiệu đầu ra: ánh sáng đèn LED

II.2 Tiêu chí phi chức năng:

- Kích thước nhỏ gọn tiện lợi: Nhỏ hơn nhiều so với các sản phẩm ngoài thị trường

- Tuổi thọ cao

- Giá thành rẻ

III KẾ HOẠCH THỰC HIỆN SẢN PHẨM

III.1 Sơ đồ khối.

Dòng điện tín hiệu điện

Tác động

Tác nhân: ánh sáng tự nhiên (ánh sang mặt trời) hoặc ánh sáng nhân tạo (bóng đèn)

Khối cảm biến: có chức năng biến tín hiệu ánh sang thành tín hiệu điện, ở đây ta dùng quang trở Khi được ánh sang chiếu vào điện trở của quang trở giảm đi đáng kể so với khi không được

chiếu sáng

Khối nguồn: có nhiệm vụ cung cấp nguồn điện cho mạch, ở đây ta dùng nguồn 6V

Khối hiển thị: hiển thị ánh sáng ( đèn led)

3.2 Linh kiện sử dụng.

Điện trở.

Tác nhân

Hiểu một cách đơn giản - 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

Giá trị điện trở được tính theo đơn vị Ohm (Ω), kΩ, MΩ, hoặc GΩ.), kΩ), kΩ, MΩ, hoặc GΩ., MΩ), kΩ, MΩ, hoặc GΩ., hoặc GΩ), kΩ, MΩ, hoặc GΩ

Điện trở của dây dẫn phụ thuộc 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

Cách ghi và đọc tham số điện trở

Điện trở thường được ký hiệu bằng 4 vòng mầu , điện trở chính xác thì ký hiệu bằng 5 vòng mầu

Cách đọc điện trở 4 vòng mầu

- Vòng số 4 là vòng ở cuối luôn luôn có mầu nhũ vàng hay nhũ bạc, đây là vòng chỉ sai số của điện trở, khi đọc trị số ta bỏ qua vòng này

- Đối diện với vòng cuối là vòng số 1, tiếp theo đến vòng số 2, số 3

- Vòng số 1 và vòng số 2 là hàng chục và hàng đơn vị

- Vòng số 3 là bội số của cơ số 10

- Trị số = (vòng 1)(vòng 2) x 10 ( mũ vòng 3)

- Có thể tính vòng số 3 là số con số không "0" thêm vào

- Mầu nhũ chỉ có ở vòng sai số hoặc vòng số 3, nếu vòng số 3 là nhũ thì số mũ của cơ số 10 là

số âm

Cách đọc trị số điện trở 5 vòng mầu :

- Vòng số 5 là vòng cuối cùng , là vòng ghi sai số, trở 5 vòng mầu thì mầu sai số có nhiều mầu,

do đó gây khó khăn cho ta khi xác điịnh đâu là vòng cuối cùng, tuy nhiên vòng cuối luôn có khoảng cách xa hơn một chút

- Đối diện vòng cuối là vòng số 1

- Tương tự cách đọc trị số của trở 4 vòng mầu nhưng ở đây vòng số 4 là bội số của cơ số 10, vòng số 1, số 2, số 3 lần lượt là hàng trăm, hàng chục và hàng đơn vị

- Trị số = (vòng 1)(vòng 2)(vòng 3) x 10 ( mũ vòng 4)

- Có thể tính vòng số 4 là số con số không "0" thêm vào

Transistor.

Transistor hay tranzito là một loại linh kiện bán dẫn chủ động, thường được sử dụng như một

phần tử khuếch đại hoặc một khóa điện tử

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 (Bipolar nghĩa là hai cực tính)

Diode - LED.

Điốt bán dẫn hay Điốt là một loại linh kiện bán dẫn chỉ cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều mà không theo chiều ngược lại

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

Ký hiệu:

Để có ánh sáng liên tục, người ta phân cực thuận LED Tùy theo vật liệu cấu tạo, điện thế thềm của LED thay đổi từ 1 đến 2.5V và dòng điện qua LED tối đa khoảng vài mA

Quang trở (LDR).

LDR ( quang điện trở) là 1 loại cảm biến ánh sáng đơn giản, nguyên tắc hoạt động dựa vào hiện tượng quang điện trong

Nguyên lý làm việc của quang điện trở là khi ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn (có thể là

Cadmium sulfide – CdS, Cadmium selenide – CdSe) làm phát sinh các điện tử tự do, tức sự dẫn điện tăng lên và làm giảm điện trở của chất bán dẫn Các đặc tính điện và độ nhạy của quang điện trở dĩ nhiên tùy thuộc vào vật liệu dùng trong chế tạo

Khi ánh sáng kích thích chiếu vào LDR thì nội trở của LDR sẽ giảm xuống , tiến về 0 ôm( mạch kín)

Nhưng khi ánh sáng kích thích ngừng thì nội trở tăng đến vô cùng( hở mạch)

Ký hiệu:

3.3 Sơ đồ nguyên lý:

LINH KIỆN ĐƯỢC SỬ DỤNG:

 Điện trở: Sử dụng 4 điện trở:

R1= 1 kΩ, R2= 470Ω, R3= 4.7kΩ, R4=330Ω

 Transistor: Sử dụng 2 transistor BC547

 Đèn LED

 Quang trở (LDR).

 Nguồn: sử dụng 1 viên pin 6V (hoặc 4 viên pin 1.5 V mắc nối tiếp)

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:

Khi bạn chặn ánh sáng chiếu vào LDR, thì transistor Q1 đóng và transistor Q2 thông, do đó LED D1 được nối đất: LED D1 sáng

3.4 Mô phỏng mạch trên Proteus:

Tiến hành mô phỏng trên Proteus (sử dụng đèn LED màu xanh): Chạy thử: Ban đầu cho giá trị

ánh sáng chiếu vào quang trở là 6.0 Đèn LED không sáng

Giảm dần giá trị ánh sáng xuống đến 5.4 thì thấy đèn sáng:

Vậy mạch mô phỏng hoạt động đúng theo yêu cầu đã đề ra Có thể tiến hành lắp mạch sản phẩm.

Layout:

Sau khi mua linh kiện và lắp ráp theo sơ đồ nguyên lý đã đề ra được sản phẩm hoàn thiện:

Kết quả chạy thử: Sau khi chạy thử 10 lần, mạch chạy đúng theo yêu cầu đã đề ra: Đèn LED tắt khi có ánh sáng và bật khi không có ánh sáng chiếu vào quang trở

Nhận xét: Mạch thiết kế đúng, sản phẩm hoạt động tốt

Sau khoảng thời gian vài tuần nghiên cứu và thực hiện sản phẩm với chi phí rẻ và công sức của tất cả mọi thành viên trong nhóm chúng em đã thiết kế thành công sản phẩm Mạch Đèn Cảm Biến Ánh Sáng với tính ứng dụng thực tế cao Sau nhiều lần thử nghiệm đã cho thấy sản phẩm hoạt động tốt Sau khi hoàn thành chúng em đã thu được nhiều kinh nghiệm bổ ích để tạo ra một sản phẩm điện tử đơn giản từ khâu thiết kế đến thực hiện và hoàn thiện Cuối cùng em xin cảm

ơn thầy Nguyễn Vũ Thắng đã giúp đỡ chúng em trong quá trình thực hiện!

HẾT!