MẠCH BÁO TRỘM DÙNG TIA HỒNG NGOẠI

Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành Kỹ thuật Điện tử. Đời sống xã hội ngày càng phát triển cao dựa trên những ứng dụng của khoa học vào đời sống. Vì vậy mà những công nghệ điện tử mang tính tự động ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Một trong những ứng dụng rất quan trọng của ngành công nghệ điện tử là kỹ thuật điều khiển từ xa bằng hồng ngoại. Sử dụng hồng ngoại được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp và các lĩnh vực khác trong cuộc sống với những thiết bị điều khiển từ xa rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tế thật cao.

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

Lời mở đầu:

Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành Kỹ thuật Điện tử Đời sống xã hội ngày càng phát triển cao dựa trên những ứng dụng của khoa học vào đời sống Vì vậy mà những công nghệ điện tử mang tính tự động ngày càng được ứng dụng rộng rãi Một trong những ứng dụng rất quan trọng của ngành công nghệ điện tử là kỹ thuật điều khiển từ xa bằng hồng ngoại Sử dụng hồng ngoại được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp và các lĩnh vực khác trong cuộc sống với những thiết

bị điều khiển từ xa rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tế thật cao

Mạch chống trộm bằng tia hồng ngoại là 1 ứng dụng giúp người sử dụng có thể đảm bảo an ninh cho những nơi cần thiết (nhà ở, cơ quan )

Nhiêm vụ đề tài:

Tên đề tài: “Thiết kế mạch chống trộm bằng tia hồng ngoại”.

1 Các linh kiện có sẵn

2 Nội dung cần hoàn thành

 Phần lí thuyết:

- Tính cấp thiết của đề tài

- Giới thiệu chung về một số linh kiện

- Sơ đồ khối và nhiệm vụ của các khối chính

- Sơ đồ nguyên lý và nguyên tắc hoạt động

- Quyển thuyết minh và các bản vẽ mô tả đầy đủ nội dung của đề tài

 Sản phẩm:

- Hoạt động ổn định

- Đạt yêu cầu kĩ thuật và mỹ thuật

Mục đích, yêu cầu của đề tài:

Dùng tia hồng ngoại để phát hiện vật cản và báo động qua loa

NTH: Nhóm 2 Lớp: D14CQDT02-N Trang 1

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH

1.1 Các linh kiện sử dụng.

Điện trở 100 ohm, 10K ohm, 330 ohm,

Biến trở 10K ohm,

Diode_Led, Led hồng ngoại và mắt thu,

Op-amp (LM358),

Loa phát

Tụ hóa 1000uF, 100uF,

Tụ gốm 104,

Điện trở 330 ohm,

Diode_Led,

IC ổn áp LM7805,

JAC DC 12V

1.2 Nguyên lý một số linh kiện phục vụ cho việc thi công.

1.2.1 Điện trở, biến trở

Điện trở là một linh kiện có tính cản trở dòng điện và làm một số chức năng khác tùy vào vị trí điện trở trong mạch điện

Điện trở được cấu tạo từ những vật liệu có điện trở suất cao như làm bằng than, magie kim loại Ni-O2, oxit kim loại, dây quấn Để biểu thị giá trị điện trở Người ta dung các vòng màu để biểu thị giá trị điện trở

Ký hiệu:

Hình dạng thực tế:

Hình 1.1: Điện trở

Cách đọc trị số điện trở 4 vòng màu: Giá trị điện trở thường được thể hiện qua

các vạch màu trên thân điện trở, mỗi màu đại diện cho một số Màu đen: số 0, màu nâu: số 1, màu đỏ: số 2, màu cam: số 3, màu vàng: số 4, màu lục: số 5, màu lam số 6, màu tím số 7, màu xám: số 8, màu trắng: số 9

Nhìn trên thân điện trở, tìm bên có vạch màu nằm sát ngoài cùng nhất, vạch màu

đó và vạch màu thứ hai, kế nó được dùng để xác định trị số của màu

Vạch thứ ba là vạch để xác định nhân tử lũy thừa: 10(giá trị của màu) Giá trị của điện

trở được tính bằng cách lấy trị số nhân với nhân tử lũy thừa

Giá trị điện trở = trị số x nhân tử lũy thừa

Hình 1.2: Vòng màu điện trở

Phần cuối cùng: là vạch màu nằm tách biệt với ba vạch màu trước, thường có màu hoàng kim hoặc màu bạc, dùng để xác định sai số của giá trị điện trở, hoàng kim

là 5%, bạc là 10%

Biến trở

Hình 1.3: Biến trở

1.2.2 Tụ điện:

Tụ điện là linh kiện có khả năng tích điện Tụ điện cách điện với dòng điện một chiều và cho dòng điện xoay chiều truyền qua

Tụ điện được chia làm hai loại chính: loại không phân cực và loại có phân cực Loại có phân cực thường có giá trị lớn hơn loại không phân cực, trên hai chân của loại phân cực có phân biệt chân nối âm, nối dương rõ ràng, khi gắn tụ có phân cực vào mạch điện, nếu gắn ngược chiều âm dương, tụ phân cực có thể bị hư và hoạt động sai Ngoài ra người ta còn gọi tên tụ điện theo vật liệu làm tụ, ví dụ: tụ gốm, tụ giấy, tụ hóa

Hình dạng: tụ điện có khá nhiều hình dạng khác nhau

Kí hiệu: được kí hiệu là C

Hình 1.4: Tụ điện

Biểu tượng trên mạch điện:

Đơn vị của tụ điện:

Đơn vị của tụ điện là Fara, 1 Fara có trị số rất lớn và trong thực tế người ta thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như:

=> 1µF = 1000nF = 1.000.000 Pf

Cách đọc giá trị của tụ điện:

Đọc trực tiếp trên thân điện trở, ví dụ 100µF (100 micro Fara)

Nếu là số dạng 103J, 223K, 471J vv thì đơn vị là pico, hai số đầu giữ nguyên , số thứ 3 tương ứng số lượng số 0 thêm vào sau( chữ J hoặc K ở cuối kà ký hiệu cho sai số)

Sau trị số điện dung bao giờ cũng có giá trị điện áp, điện áp ghi trên tụ chính là điện áp cực đại mà tụ có thể chịu được, vượt qua giá trị này thì tụ điện có thể bị hư hỏng hoặc bị cháy nổ

1.2.3 Diode_Led, Led hồng ngoại và mắt thu

Diode thường

Photodiode

Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) được phát ra từ Led là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mắt thường, có bước sóng khoảng từ 0.86µm đến 0.98µm Tia hồng ngoại có vận tốc truyền bằng vận tốc ánh sáng

Hình 1.7: Led hồng ngoại và mắt thu

Modul mắt thu trên thì trường có 2 loại module mắt thu tín hiệu hồng ngoại Một loại vỏ sắt và 1 loại vỏ bằng nhựa Dùng loại module này chống được nhiễu bên ngoài và thu được tín hiệu xung quanh nó

1.2.4 Op-amp (LM358):

LM358 là bộ khuếch đại thuật toán kép, công suất thấp, bộ khuếch đại này có ưu điểm hơn so với các bộ khuếch đại thuật tóa chuẩn trong các ứng dunhj nguồn đơn Chúng có thể hoạt động ở nguồn điện áp thấp từ 3V hoặc cao đến 32V, với dòng tĩnh khoảng 1/5 dòng tĩnh của MC1741

Các đặc trưng của IC LM358:

• Công suất cực máng thấp

Sơ đồ chân của LM358

LM358 gồm 2 bộ khuếch đại hoạt động Mỗi Op-am có 2 đầu vào (đầu đảo và không đảo) Op-am đầu ra ở mức cao khi điện áp không đảo lớn hơn điện áp đảo và mức thấp khi điện áp đảo lớn hơn điện áp không đảo

1.2.5 IC ổn áp LM7805

Các kiến thức cơ bản về LM7805:

Công suất tiêu tán trên ổn áp nối tiếp được tính như sau:

Pd = (Ui - Uo) * I

Trong đó:

Ui - áp lối vào

Uo - áp lối ra

I - dòng sử dụng

Nếu đặt Ui quá cao làm công suất tiêu tán trên IC lớn -> giảm hiệu suất

Với 7805 thì cần có lối vào ít nhất là 7V.

Các đặc trưng của họ 78xx như sau:

• Output Current up to 1A (Dòng ra lên tới 1A)

• Output Voltages of 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 24V (Thế lối ra ứng với ký

hiệu xx - lưu ý riêng con 78L62 là ổn áp 6V2)

• Thermal Overload Protection (Bảo vệ quá nhiệt)

• Short Circuit Protection (Bảo vệ ngắn mạch)

• Output Transistor Safe Operating Area Protection (Giữ vùng hoạt động

an toàn cho Trans công suất)

1.2.6 Loa phát

Là loại loa nhỏ, đơn giản

Hai chân: một chân cấp nguồn (màu đỏ), chân còn lại nối mass (màu đen)

CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NHIỆM VỤ CỦA CÁC KHỐI CHÍNH

2.1 Sơ đồ khối phát hồng ngoại:

Hình 2.1: Sơ đồ khối phát hồng ngoại

Khối chọn chức năng và khối mã hóa: Khi người sử dụng bấm vào các phím chức năng để phát lệnh yêu cầu của mình, mỗi phím chức năng tương ứng với một số thập phân Mạch mã hóa sẽ chuyển đổi thành mã nhị phân tương ứng dưới dạng mã lệnh tín hiệu số gồm các bít 0 và 1 Số bit trong mã lệnh nhị phân có thể là 4 bit hay 8 bit tùy theo số lượng các phím chức năng nhiều hay ít

Khối dao động có điều kiện: Khi nhấn 1 phím chức năng thì đồng thời khởi động mạch dao động tạo xung đồng hồ, tần số xung đồng hồ xác định thời gian chuẩn của mỗi bit

Khối chốt dữ liệu và khối chuyển đổi song song ra nối tiếp: Mã nhị phân tại mạch mã hóa sẽ được chốt để đưa vào mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp Mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp được điều khiển bởi xung đồng hồ và mạch định thời nhằm đảm bảo kết thúc đúng lúc việc chuyển đổi đủ số bit của một mã lệnh

Khối điều chế và phát FM: mã lệnh dưới dạng nối tiếp sẽ được đưa qua mạch điều chế và phát FM để ghép mã lệnh vào sóng mang có tần số 38Khz đến 100Khz, nhờ sóng mang cao tần tín hiệu được truyền đi xa hơn, nghĩa là tăng cự ly phát

Khối thiết bị phát: là một LED hồng ngoại Khi mã lệnh có giá trị bit =’1’ thì LED phát hồng ngoại trong khoảng thời gian T của bit đó Khi mã lệnh có giá trị bit=’0’ thì LED không sáng Do đó bên thu không nhận được tín hiệu xem như bit =

‘0’

2.2 Sơ đố khối thu hồng ngoại:

Hình 2.2: Sơ đồ khối thu hồng ngoại

Khối thiết bị thu: Tia hồng ngoại từ phần phát được tiếp nhận bởi LED thu hồng ngoại hay các linh kiện quang khác

Khối khuếch đại và Tách sóng: trước tiên khuếch đại tính hiệu nhận rồi đưa qua mạch tách sóng nhằm triệt tiêu sóng mang và tách lấy dữ liệu cần thiết là mã lệnh Khối chuyển đổi nối tiếp sang song song và Khối giải mã: mã lệnh được đưa vào mạch chuyển đổi nối tiếp sang song song và đưa tiếp qua khối giải mã ra thành số thập phân tương ứng dưới dạng một xung kích tại ngõ ra tương ứng để kích mở mạch điều khiển

Tần số sóng mang còn được dùng để so pha với tần số dao động bên phần thu giúp cho mạch thu phát hoạt động đồng bộ, đảm bảo cho mạch tách sóng và mạch chuyển đổi nối tiếp sang song song hoạt động chính xác

CHƯƠNG III: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ THI CÔNG MẠCH

3.1 Mạch chống trộm dùng tia hồng ngoại.

3.1.1 Khối phát và thu tín hiệu hồng ngoại, khối phát tín hiệu báo động:

Mắt phát hồng ngoại sẽ phát ra sóng ánh sáng có bước sóng hồng ngoại, ở mắt thu bình thường thì có nội trở rất lớn (khoảng vài trăm kilo ôm), khi mắt thu bị tia hồng ngoại chiếu vào thì nội trở của nó giảm xuống (khoảng vài chục ôm)

Mạch dùng một con Op-am LM358 nhằm mục đích tạo ra các mức logic 0 và 1 bằng cách so sánh 2 giá trị điện áp của biến trở và điện áp trên Anot của mắt thu hồng ngoại Nếu khi có tia hồng ngoại phản xạ chiếu vào mắt thu bởi vật cản thì nội trở mắt nhận giảm nên điện áp trên cực Anot của mắt thu sẽ tăng lên, khi điện áp này lớn hơn điện áp của biến trở bằng điện trở thì mức điện áp ra sẽ là VCC (tương ứng với logic 1), ngược lại là mức logic 0

Mắt thu nhận tín hiệu từ tia hồng ngoại được phản xạ lại bởi vật cản đưa đến opamp để nó khuếch đại lên sau đó chỉnh lưu và lọc thành áp DC Áp DC này sẽ được

so sánh với áp chuẩn Tín hiệu ra sẽ làm loa báo động vang lên

Bình thường thì loa báo động không kêu nhưng khi có người (hoặc vật) đi qua thì

nó sẽ làm cho mắt thu mất tín hiệu , áp chỉnh lưu giảm xuống làm loa vang lên

Mạch có sử dụng biến trở 10K để điều chỉnh khoảng cách phát của led phát hồng ngoại và khoảng cách thu của mắt thu hồng ngoại

3.1.2 Sơ đồ nguyên lý:

3.1.3 Mạch in (Layout):

Layout 2D

Layout 3D

3.2 Mạch ổn áp.

3.2.1 Chức năng và nguyên lý hoạt động của mạch ổn áp:

Chức năng: Như chúng ta đã biết thì nguồn điện là một phần rất quan trọng đối với một mạch điện hay hệ thống điện nào đó Nguồn điềnh ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của mạch hay hệ thống Đối với mỗi mach điện hay hệ thống nó cần đòi hỏi các nguồn đầu vào khác nhau từ một nguồn đầu vào cố định hay có sẵn Nguồn DC được sử dụng rất rộng rãi và được sử dụng hầu hết trong các mạch điện hay các hệ thống điện Nhưng để sử dụng nguồn DC vào hệ thống của mình thì nguồn DC này cần phải được biến đồi thành nguồn DC khác hay nhiều nguồn DC cung cấp cho hệ thống Trong đề tài này, nhóm 2 đã sử dụng một đầu nguồn vào 12V và biến đổi điện áp từ 12V xuống 5V

để cấp nguồn ổn định cho mạch hoạt động

Nguyên lý hoạt động: Để biến đổi điện áp nguồn vào 12V sang điện áp nguồn ra là 5V thì ta phải nắm rõ nguyên lý của 2 mạch: mạch lọc và mạch ổn áp

Mạch lọc: Có nhiệm vụ sang bằng điện áp một chiều đập mạch thành điện áp một chiều ít nhấp nhô hơn

Khi điện áp một chiều tăng từ 0 đến VMAX, tụ điện được nạp điện đến giá trị UMAX

Khi điện áp ra giảm từ đỉnh về 0, tụ điện xả điện bù vào sự giảm điện áp trên phụ tải, nhờ vậy mà duy trì được mức điện áp theo thời gian, giảm độ gợn sóng của điện áp một chiều đập mạch, đồng thời giá trị trung bình của điện áp một chiều ở ngõ ra cũng tăng lên

Điện áp ra một chiều có một độ gợn sóng nhỏ phụ thuộc vào tải, nếu dòng tải nhở

tụ phóng điện yếu do độ gợn sóng nhỏ, nếu dòng tải lớn tụ điện phóng điện nhiều hơn

do đố độ gợn sóng lớn độ gớn sóng cũng phụ thuộc vào điện dung của tụ điện

Mạch ổn áp: có nhiệm vụ ổn định điện áp ở đầu ra,cung cấp điện áp ổn đinh cho tải tiêu thụ

3.2.2 Sơ đồ nguyên lý:

3.2.3 Mạch in (Layout):

Layout 2D

Layout 3D

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN 4.1 Đánh giá sản phẩm:

Ưu điểm

Mạch đơn giản, dễ sử dụng ít tốn kém có thể sử dụng rộng rãi ở nhiều nơi

Độ chính xác khi phát thu tia hồng ngoại ở cự ly từ 20cm - 40cm

Nhược điểm

Dễ bị nhiễu do ánh sáng trắng đi vào mắt thu hoặc phát thu tia hồng ngoại ở cự

ly xa

Khoảng cách giữa mạch phát và mạch thu còn hạn chế

4.2 Mở rộng đề tài:

Hướng phát triển của đề tài có thể được mở rộng ra bằng việc sử dụng các loại cảm biến laser, thân nhiệt hay dùng vi điều khiển, kết hợp với ngõ ra tác động đến chuông báo, module sim gửi tin nhắn đến điện thoại, camera an ninh quay hình lại

TÀI LIỆU THAM KHẢO:

Web: codientu.com

Datasheet của LM358, LM7805

Các bài viết trên các diễn đàn điện tử