Nghiên cứu, thiết kế lắp ráp mạch đèn sáng tắt tự động dùng quang trở

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật trên con đường công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước. Ngành điện tử nói chung đã có những bước tiến vượt bậc và mang lại những thành quả đáng kể. Để thúc đẩy nền kinh tế của đất nước ngày càng phát triển, giàu mạnh thì phải đào tạo cho thế hệ trẻ đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo thì phải đưa ra các phương tiện dạy học hiện đại vào trong giảng đường, trường học có như vậy thì trình độ của con người ngày càng cao mới đáp ứng được nhu cầu của xã hội. Trường ĐHSPKT Hưng Yên là một trong số những trường đã rất trú trọng đến việc hiện đại hoá trang thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả trong giảng dạy cũng như giúp sinh viên có khả năng thực tế cao. Để các sinh viên có tăng khả năng tư duy và làm quen với công việc thiết kế,chế tạo chúng em đã được giao cho thực hiện đồ án: “Nghiên cứu, thiết kế lắp ráp mạch đèn sáng tắt tự động dùng quang trở” nhằm củng cố về mặt kiến thức thực tế, tổng hợp và nâng cao kiến thức chuyên nghành Sau khi nhận đề tài, nhờ sự giúp đỡ tận tình của giáo viên hướng dẫn cùng với sự lỗ lực cố gắng của cả nhóm, sự tìm tòi, nghiên cứu tài liệu, đến nay đồ án của chúng em về mặt cơ bản đã hoàn thành. Trong quá trình thực hiện dù đã rất cố gắng nhưng do trình độ còn hạn chế kinh nghiệm còn ít nên không thể tránh khỏi sai sót. Chúng em mong nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo trong khoa để đồ án của chúng em ngày càng hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo cùng với các thầy giáo trong khoa đã giúp chúng em hoàn thành đồ án.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Hiếu A

Nguyễn Văn Hiếu B

Năm: 2017

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hưng Yên,ngày… tháng….năm Giáo viên hướng dẫn

MỤC LỤCCHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CƠ SỞ LÝ LUẬN ĐỀ TÀI

1.1:Điện trở

1.2:Tụ điện

1.3:Gới thiệu về IC 7805 và IC 7809

1.4: : Giới thiệu về quang trở

1.4.1: Giới thiệu về quang trở

1.4.2: Nguyên lý hoạt động của quang trở

1.5:Giới thiệu về diode-led

1.6: Giới thiệu về Ic LM358

1.7: Giới thiệu về một số cách thiết kế mạch đèn sáng tắt tự động

CHƯƠNG II:TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH ĐÈN

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật trên con đường công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước Ngành điện tử nói chung đã có những bước tiến vượt bậc và mang lại những thành quả đáng kể Để thúc đẩy nền kinh tế của đất nước ngày càng phát triển, giàu mạnh thì phải đào tạo cho thế hệ trẻ đủ kiến thức để đáp ứngnhu cầu ngày càng cao của xã hội Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo thì phải đưa ra các phương tiện dạy học hiện đại vào trong giảng đường, trường học có như vậy thì trình độ của con người ngày càng cao mới đáp ứng được nhu cầu của xã hội Trường ĐHSPKT Hưng Yên là một trong số những trường đã rất trú trọng đến việc hiện đại hoá trang thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả trong giảng dạy cũng như giúp sinhviên có khả năng thực tế cao

Để các sinh viên có tăng khả năng tư duy và làm quen với công việc thiết kế,chế tạo

chúng em đã được giao cho thực hiện đồ án: “Nghiên cứu, thiết kế lắp ráp mạch đèn sáng tắt tự động dùng quang trở” nhằm củng cố về mặt kiến thức thực tế, tổng hợp

và nâng cao kiến thức chuyên nghành

Sau khi nhận đề tài, nhờ sự giúp đỡ tận tình của giáo viên hướng dẫn cùng với

sự lỗ lực cố gắng của cả nhóm, sự tìm tòi, nghiên cứu tài liệu, đến nay đồ án của chúng

em về mặt cơ bản đã hoàn thành Trong quá trình thực hiện dù đã rất cố gắng nhưng

do trình độ còn hạn chế kinh nghiệm còn ít nên không thể tránh khỏi sai sót Chúng

em mong nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo trong khoa để đồ án của chúng em ngày càng hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo cùng với các thầy giáo trong khoa đã giúp chúng em hoàn thành đồ án

Nhóm sinh viên thực hiện:

Nguyễn Văn Hiếu A Nguyễn Văn Hiếu B

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CƠ SỞ LÝ LUẬN ĐỀ TÀI

1.1.3 : Phân loại điện trở.

- Phân loại theo cấu tạo có 3 loại cơ bản:

+ Than ép: Loại này có công suất < 3W và hoạt động ở tần số thấp

+ Màng than: Loại này có công suất > 3W và hoạt động ở tần số cao

+ Dây quấn: Loại này có công suất > 5W và hoạt động ở tần số thấp

- Phân loại theo công suất:

+ Công suất nhỏ: Kích thước nhỏ

+ Công suất trung bình: Kích thước lớn hơn

+ Công suất lớn: Kích thước lớn nhất

- Lưu ý:

+ Kích thước càng lớn khả năng tàn nhiệt càng nhiều

+ Kích thước càng nhỏ khả năng tản nhiệt càng ít.

+ Khi ghép nối các điện trở nên chọn có cùng công suất

+ Khi thay thế điện trở cũng phải chọn loại cùng công suất

1.1.5 : Mã màu của điện trở.

(Ω)ký hiệu)

Số thứ 1 Số thứ 2 Hệ số nhân Sai số

%Giá trị của điện trở tính bằng Ω)

0,33 MΩ

Sốthứ 2

Sốthứ 3 Hệ số nhân

Sai số

%Giá trị của điện trở tính bằng Ω)

- Để xác định chất lượng của điện trở chúng ta có những phương pháp sau:

+ Quan sát bằng mắt: Kiểm tra xem màu sắc thân điện trở có chỗ nào bị đổimàu hay không Nếu có thì giá trị của điện có thể bị thay đổi khi làm việc

+Dùng đồng hồ vạn năng và kết hợp với chỉ số ghi trên thân của điện trở đểxác định chất lượng của điện trở

- Những hư hỏng thường gặp ở điện trở:

+ Đứt: Đo Ω) không lên

+ Cháy: do làm việc quá công suất chịu đựng

+ Tăng trị số: Thường xảy ra ở các điện trở bột than, do lâu ngày hoạt tínhcủa lớp bột than bị biến chất làm tăng trị số của điện trở

+ Giảm trị số: Thường xảy ra ở các loại điện trở dây quấn là do bị chạm một

số vòng dây(Ω)sự cố này ít xảy ra nhất)

1.1.9 : Các loại điện trở đặc biệt.

a : Điện trở nhiệt (Thermitor).

Loại này được chế tạo từ chất bán dẫn, nên có khả năng nhạy cảm với nhiệt độ.+ Nhiệt độ tăng làm tăng giá trị của điện trở (Ω)Nhiệt trở dương)

+ Nhiệt độ tăng làm giảm giá trị của điện trở (Ω)Nhiệt trở âm)

b : Điện trở cảm nhận độ ẩm.

+ Độ ẩm tăng làm tăng giá trị của điện trở (Ω)dương)

c : Quang trở (Light Dependent Resistor):

+ Được chế tạo có đặc điểm là khi ánh sáng chiếu vào sẽ làm thay đổi giá trị điệntrở

c : Biến trở (Variable Resister)

+ Loại thông thường đòi hỏi sự điều chỉnh với độ chính xác không cao

+ Loại vi chỉnh được dùng để hiệu chỉnh độ chính xác của mạch điện

- Lưu ý:

Đối với VR loại than, thực tế có 2 loại: A và B

+ Loại A: Chỉnh thay đổi chậm đều, được sử dụng để thay đổi âm lượng lớnnhỏ trong Ampli, Cassette, Radio, TV, hoặc chỉnh độ tương phản (Ω)Contrass), chỉnh độsáng (Ω)Brightness) ở TV, Biến trở loại A còn có tên gọi là biến trở tuyến tính

+ Loại B: Chỉnh thay đổi đột biến nhanh, sử dụng chỉnh âm sắc trầm bổng ởAmpli Biến trở loại B còn có tên gọi là biến trở phi tuyến hay biến trở loga

- Hư hỏng thực tế:

+ Đối với các VR loại than thường gặp các hư hỏng như: đứt, bẩn, rỗ mặt than.Trường hợp mặt than bị bẩn, rỗ mặt sẽ xảy ra hư hỏng thường gặp trong thực tế ví dụnhư ở máy Ampli vặn Volume nghe sột sẹt Để khắc phục nhanh hỏng hóc trong

trường hợp này ta dùng xịt gió thổi sạch các cáu bẩn, rồi nhỏ một ít dầu máy khâu vàobiến trở là xong.

- Cách đo biến trở:

+ Vặn đồng hồ về thang đo Ohm

+ Đo cặp chân 1-3 rồi đối chiếu với giá trị ghi trên thân biến trở

+ Đo tiếp cặp chân 1-2 rồi dùng tay chỉnh thử xem kim đồng hồ thay đổi:+ Nếu thay đổi chậm ta xác định VR là loại A

+ Nếu thay đổi nhanh ta xác định VR là loại B

+ Nếu kim đồng hồ thay đổi rồi lại chuyển hẳn về ∞ là biến bị trở đứt

+ Nếu kim đồng hồ thay đổi rồi lại chuyển về ∞ rồi lại trở lại vị trí gần đó làbiến trở bị bẩn, rỗ mặt

1 C





C

C C I

Tụ biến dung

và tụ vi chỉnh

Hình 1.2.1 : Ký hiệu tụ điện 1.2.3: Phân loại tụ điện.

Có rất nhiều phương pháp phân loại nhưng ở đây ta dựa trên cơ sở chất chế tạobên trong tụ điện thì có các loại sau:

+ Nhóm tụ Mica, tụ Sêlen, tụ Ceramic nhóm này làm việc ở khu vực tần sốcao tần.

+ Nhóm tụ sứ, sành, giấy, dầu: Nhóm này hoạt động ở khu vực tần số trungbình

+ Tụ hoá học hoạt động ở khu vực có tần số thấp

1.2.4:Công dụng của tụ điện.

+ Dùng để tích điện, và xả điện, chỉ cho tín hiệu xoay chiều đi qua, ngăn dòngmột chiều

+ Khả năng nạp, xả điện nhiều hay ít phụ thuộc vào điện dung C của tụ

+ Đơn vị đo điện dung ở mạch điện tử gồm: pF (Ω)Pico Fara), nF (Ω)nano Fara),

µF (Ω)Micro Fara)

+ Khi sử dụng tụ ta phải quan tâm đến 2 thông số:

+ Điện dung: Cho biết khả năng chứa điện của tụ

+ Điện áp: Cho biết giới hạn chịu đựng của tụ

1.2.5: Ghép tụ

- Ghép nối tiếp làm giảm trị số của tụ, Ghép song song làm tăng trị số của tụ

- Ghép tụ hoá nối tiếp thì dương tụ này vào âm tụ kia, song song thì nối cùng cực

+ Nếu tụ nhỏ người ta có thể quy ước như H.1, 2, 3:

+ Với tụ 104 thì tương ứng là 10 104 đơn vị tính là pF

+ Với tụ ký hiệu bằng 2 số thì đọc trực tiếp đơn vị là nF: 68 tương ứng 68nF+ Với tụ 01 thì tương ứng là 0,01 và đơn vị tính là µF

1.2.7: Xác định chất lượng của tụ điện.

Dùng thang đo Ohm của đồng hồ vạn năng chỉ thị kim

+ Khi đo tụ >100µF : Chọn thang đo x1

+ Khi đo tụ 10àF đến 100 µF : Chọn thang đo x10

+ Khi đo tụ 104 đến 10 µF : Chọn thang đo x1K

+ Khi đo tụ 102 đến 104 : Chọn thang đo x10K

+ Khi đo tụ 100pF đến 102 : Chọn thang đo x1M

+ Khi đo tụ <100pF : Chọn thang đo x10M

Đo 2 lần có đảo chiều que đo:

+ Nếu kim vọt lên rồi trả về hết: Khả năng nạp xả của tụ còn tốt

+ Nếu kim vọt lên 0Ω) : Tụ bị nối tắt (Ω)Bị đánh thủng, bị chạm, chập)

+ Nếu kim vọt lên trả về không hết: Tụ bị rò rỉ

+ Nếu kim vọt lên trả về lờ đờ: Tụ bị khô

+ Nếu kim không lên: Tụ bị đứt (Ω)Chú ý: Kiểm tra tụ không đúng thang đo, không

đủ kích thích cho tụ nạp xả được)

1.3: Giới thiệu về IC 7805 và IC 7809

Hình 1.6.1: IC 7805 và IC 7809

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

Ví dụ: 7805 ổn áp 5V, 7812 ổn áp 12V Việc dùng các loại IC ổn áp 78xx tương tựnhau, dưới đây là minh họa cho IC ổn áp 7805

Sơ đồ phía dưới IC 7805 và IC 7809 có 3 chân:

Chân số 1 là chân : INPUT

Chân số 2 là chân : GND

Chân số 3 là chân: OUTPUT

Ngõ ra OUTPUT luôn ổn định ở 5V (Ω)9V) dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi.Mạch này dùng để bảo vệ những mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 5V hoặc 9V(Ω)cácloại IC thường hoạt động ở điện áp này) Nếu nguồn điện có sự cố đột ngột: điện áptăng cao thì mạch điện vẫn hoạt động ổn định nhờ có IC 7805 (Ω)7809) vẫn giữ đượcđiện áp ở ngõ ra OUT 5V hoặc 9V không đổi

Mạch trên lấy nguồn một chiều từ một máy biến áp với điện áp từ 7V đến 12V để đưavào ngõ IN Khi kết nối mạch điện, do nhiều nguyên nhân, người dùng dễ nhầm lẫncực tính của nguồn cung cấp khi đấu nối vào mạch, trong trường hợp này rất dễ ảnhhưởng đến các linh kiện trên board mạch Vì lí do đó một diode cầu được lắp thêm vàomạch, diode cầu đảm bảo cực tính của nguồn cấp cho mạch theo một chiều duy nhất,

và nguời dùng cũng không cần quan tâm đến cực tính của nguồn khi nối vào ngõ INnữa

Chú ý: điện áp đặt trước IC78xx phải lớn hơn điện áp cần ổn áp từ 1.5V đến 2V

Tụ điện đóng vai trò ổn định và chống nhiễu cho nguồn (Ω)có thể bỏ hai tụ điện nếumạch điện không đòi hỏi)

1.4 Giới thiệu về quang trở

1.4.1: Giới Thiệu về quang trở

- Quang trở (Ω)cảm biến quang) thường được chế tạo bằng các chất bán dẫn đa tinh thể đồng chất hoặc đơn tinh thể, bán dẫn riêng hoặc bán dẫn pha tạp, ví dụ như:

+) Đa tinh thể : Cds, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbTe

+) Đơn tinh thể: Ge, Si tinh thể tinh khiết hoặc pha tạp Au, Cu, Sb, In, SbIn, AsIn, Pin,CdHgTe

Vùng phổ làm việc của các vật liệu này khác nhau

+) Độ nhạy: độ dẫn của tế bào quang dẫn là tổng của độ dẫn trong tối và độ dẫn khi chiếu sáng Độ nhạy phổ là hàm của nhiệt độ nguồn sáng: khi nhiệt độ tăng thì độ nhạytăng lên

- Cảm biến quang có 1 lớp vỏ ngoài bằng chất dẻo, sứ hay kim loại nhưng đặc điểm nổi bật là có một cửa sổ bằng thuỷ tinh để ánh sáng đi xuyên qua Quang trở dùng trong công nghiệp được chế tạo từ sulfit chì để chỉ thị nhiệt độ và tình trạng nung nóng

ở nhiệt độ tương đối thấp (Ω) 200-400C)

- Cảm biến quang CDS được chế tạo bằng chất bán dẫn đa tinh thể đồng nhất CdS

- CDS đặc trưng bởi điện trở và độ nhạy

Hình 1.17 hình ảnh quang trở ngoài thực tế

- Đặc tuyến phổ nhiệt của quang trở được thể hiện như sau:

Hình 1.18 Đặc tuyến phổ nhiệt của quang trở1.4.2: Nguyên lý hoạt động

CDS hoạt động không phức tạp: nó phụ thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu vào,khi cóthông lượng ánh sáng chiếu vào,nội trở trong của nó giảm đáng kể đủ để cho dòng điện I chạy qua.Còn khi không có ánh sáng chiếu vào điện trở của nó vô cùng lớn và ngăn cản không cho dòng qua.Giá trị của điện trở tùy thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu vào qua cửa sổ thủy tinh.Hiện tượng này tùy thuộc vào loại chất làm nên quang trở,độ tạp chất và chiều dài bước sóng

Cầu diode:

Gọi đầy đủ là cầu chỉnh lưu diode Nó đóng vai trò như 4 con diode , biến biến dòng

AC (Ω)xoay chiều) thành dòng DC (Ω)1 chiều).Hai chân AC luôn nằm ở giữa,chân ký hiệu dấu (Ω)+) là chân dương,(Ω)-) là chân âm

1.6: Giới thiệu về ic Lm358

LM358 là bộ khuếch đại thuật toán kép công suất thấp, bộ khuếch đại này có ưu điểmhơn so với các bộ khuếch đại thuật toán chuẩn trong các ứng dụng dùng nguồn đơn.Chúng có thể hoạt động ở nguồn điện áp thấp từ 3V hoặc cao đến 32V, với dòng tĩnhkhoảng 1/5 dòng tĩnh của MC1741 Trong nhiều ứngdụng, dải điện áp lối vào đồngpha gồm cả nguồn âm, do đó có thể loại trừ sự cần thiết của các thành phần thiên ápbên ngoài trong nhiều ứng dụng Dải điệ náp lối ra cũng có thể bao gồm nguồn điện ápâm

Các đặc trưng của IC LM358:

1 Công suất cực máng thấp

2 Có 2 bộ khuyếch đại thuật toán bên trong IC, có độ lợi cao

3 Tương thích với nhiều loại dạng mạch logic

4 Các chân lối ra tương thích với khuếch đại thuật toán kép phổ biến MC1558

IC LM358 tương ứng với 1 nửa IC LM324

Các tính năng của khuếch đại thuật toán:

1 Bảo vệ quá áp lối ra

2 Tầng khuếch đại vi sai lối vào

3 Dòng cung cấp lối vào thấp.- Bù nội

4 Dải tín hiệu cùng pha mở rộng tới nguồn âm

5 Hoạt động với nguồn đơn(Ω)3V – 32V) hoặc nguồn đối xứng (Ω)± 1.5V -±16V)

Hình 1.6.1: Hình dạng thực tế và sơ đồ các chân của IC LM358

1.7: Một số cách thiết kế mạch đèn sang tắt tự động

1.7.1: Mạch đèn tự động sang khi có người

Mạch đèn sang tự động khi có người được ứng dụng chủ yếu trong chiếu sang

những vùng không gian nhỏ như phòng riêng hoặc căn nhà nhỏ Mang lại nhiều tiện lợi cho con người, mạch giúp con người không cần tốn thời gian để bật tắt đèn khi cần

sử dụng và khi đã sử dụng xong Cũng nhờ đó mà có thể tiết kiệm được điện năng tiêu thụ khi con người quên không tắt đèn sau khi sử dụng Nhưng mạch này cũng có một

số nhược điểm như không thể ứng dụng dễ dàng trong nới có không gian rộng lớn và ítđược ứng dụng tại những công trình lớn, và tạo ra ánh sang khi không cần thiết

Mạch sử dụng một số linh kiện chủ yếu như: một bộ thu và phát hồng ngoại Bộ phát làm nhiệm vụ phát tín hiệu hồng ngoại ra ngoài không gian Bộ thu (Ω)đặt gần với bộ phát) sẽ nhận tín hiệu hồng ngoại

Bình thường không có người bộ phát tín hiệu hồng ngoại phát sẽ không có tín hiệu phản xạ đẫn tới bộ thu không nhận được tín hiệu Khi có vật cản sẽ làm tín hiệu hồng ngoại phản xạ trở lại bộ thu khi đó ta biết được có người đến hay không Ngoài ra mạch còn sử dụng một số linh kiện khác như IC, diode, điện trở,…

1.7.2:Mạch đèn tự động sáng khi mất điện

Cũng giống như trên, mạch đèn sáng tự động khi mất điện có khả năng giúp con người thắp sáng tự động khi k có dòng điện lưới bình thường Mạch này cũng được ứng dụng trong một số không gian nhất định như nhà ở hoặc không gian nhỏ Tính tiệních mạch mang lại chủ yếu do vẫn có thể thắp sáng tự động khi không có dòng điện lưới Nhưng mạch lại chưa có khả năng tự động sáng hoặc tắt khi trời sáng hoặc tối do

đó vẫn chư tối ưu được độ tiết kiệm điện năng và làm giảm tuổi thọ đèn

Mạch sử dụng Rơle trung gian 220v-Ac, bình ác quy… , sử dụng tiếp điểm thường đóng để khi mạng lưới 220v mất điện

tiếp điểm thường đóng đóng lại làm kín mạch acquy nếu có role 6V-DC (Ω)3ngan) và biến áp 300mA (Ω)15ngan) (Ω)chỉnh lưu 1 chiều) mắc vào 220v và cũng sử dụng tiếp điểm thường đóng để khi mạng lưới 220v mất điện tiếp điểm thường đóng đóng lại làm kínmạch acquy, đèn sáng

1.7.3: Mạch đèn sáng tắt tự động dùng quang trở

Mạch được sử dụng rộng dãi trong việc thắp sáng đèn đường hay một số công trình khác mà không cần đến sự điều khiển của con người Do mạch có khả năng tự thắp sáng khi trời tối nên có thể ứng dụng được tất cả mọi không gian, không phụ thuộc vào

độ lớn thể thích hay diện tích mà c hỉ phụ thuộc vào ánh sáng tự nhiên ở nới đó.Do đó,mạch được sử dụng chủ yếu trong lĩnh vực giao thông , thắp sáng cho người đi đường Không những vậy, mạch còn được ứng dụng phổ biến do dễ dàng thiết kế, lắp đặt với những linh kiện đơn giản , dễ tìm và giá thành rẻ, mang lại hiệu quả cao

Mạch sử dụng :Quang trở, Ic khuếch đại , điện trở,…