mạch bật tắt đèn tự động dùng quang trở

Trong đó mạch bật tắt đèn tự động dùng quang trở, mạch nháy theo nhạc, mạch chốngtrộm dùng hồng ngoại là những mạch điện tử căn bản và quan trọng trong kĩ thuật điện tửcũng như trong sản

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

LỜI NÓI ĐẦU 3

Chương 1: MẠCH BẬT TẮT ĐÈN TỰ ĐỘNG DÙNG QUANG TRỞ 4

I Các linh kiện sử dụng trong mạch 4

1.1 IC LM358 4

1.2 Điện trở 5

1 3 Quang điện trở LDR 6

1.4 Biến trở 7

1.5 Đèn LED 8

II Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý hoạt động của từng mạch 9

2.1 Sơ đồ nguyên lý 9

2.2.Nguyên lý hoạt động của mạch 9

2.3 Sơ đồ mạch in 9

2.4 Mạch mô phỏng 3D 10

III Mạch sau khi hoàn thành 10

IV Ứng dụng 11

Chương 2: MẠCH NHÁY THEO NHẠC 12

 Điện dung, đơn vị và ký hiệu của tụ điện 19

Điện Thế 20

KẾT LUẬN 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 38

LỜI NÓI ĐẦU

Chúng ta đang sống ở thế kỷ của sự bùng nổcủa khoa học kỹ thuật Đặc biệt là các thiết

bị điện, điện tử, chúnghầu như xuất hiện ở mọi nơi trong cuộc sống Trong các thiết bị đókhông thể thiếu các mạch điện tử Mạch điện tử có vai trò rất quan trọng để đảm bảo sự hoạtđộng của thiết bị điện tử

Trong đó mạch bật tắt đèn tự động dùng quang trở, mạch nháy theo nhạc, mạch chốngtrộm dùng hồng ngoại là những mạch điện tử căn bản và quan trọng trong kĩ thuật điện tửcũng như trong sản xuất công nghiệp ,đó là các mạch điện tử căn bản thường giao cho sinhviên thiết kế trong các môn thực hành cũng như đồ án ở các trường đại học cao đẳng giúpsinh viên nắm được hiểu biết thêm về những linh kiện điện tử, những bước cơ bản trongthiết kế mạch điện tử thực tế và qua đó cũng làm cho sinh viên hiểu rõ hơn nguyên lý hoạtđộng của các mạch điện tử nói chung mạch tạo xung nói riêng

Dưới đây là mạch bật tắt đèn tự động dùng quang trở, mạch nháy theo nhạc, mạch chốngtrộm dung hồng ngoại

LM358 là bộ khuyếch đại thuật toán công suất thấp Chúng có thể hoạt động ở nguồnđiện 3V hoặc cao đến 32V.

Khi điện thế +input cao hơn –input thì ngõ ra ở mức cao và ngược lại thì ngõ ra ở mứcthấp

1.2 Điện trở

Hình ảnh Điện trở Điện trở là một linh kiện điện tử thụ động Có tác dụng hạn chế dòng điện, khống chếdòng điện

1 3 Quang điện trở LDR

Hình dạng thực tế

Sơ lược về cảm biến ánh sáng hay quang trở:

Quang trở LDR (Light Dependent Resistors) Điện trở phụ thuộc vào ánh sáng: là một loạicảm 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 làCadmium sulfide – CdS, Cadmium selenide – CdSe) làm phát sinh các điện tử tự do, tức sựdẫn điện tăng lên và làm giảm điện trở của chất bán dẫn Các đặc tính điện và độ nhạy củaquang điện trở tùy thuộc vào vật liệu chế tạo

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

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

Ứng dụng trong mạch điện: Chuyển mạch (switch sytems), cảm biến ánh sáng, tố của môitrường.

1.5 Đèn LED

-LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) là các điốtcó khả

năng phát ra ánh sánghay 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

Với các ưu điểm: ánh sáng lớn, độ bền cao và ít tiêu tốn điện năng,Led được sử dụngrộng rãi trên các lĩnh vực:quảng cáo ngoài trời,bảng quảng cáo, đồng hồ cớ lớn đặt tại cácbiển quảng cáo tấm lớn trên đường cao tốc,hệ thống đèn giao thông,biển chỉ dẫn,và các sảnphẩm khác như biển chạy chữ điện tử,bảng hệ thống giờ,bảng tỉ giá,chứng khoán

Đèn LED phát quang.

II Sơ đồ nguyên lý và nguyên lý hoạt động của từng mạch

2.1 Sơ đồ nguyên lý

2.2.Nguyên lý hoạt động của mạch

Khi có ánh sáng chiếu vào quang điện trở LDR, nội trở của LDR giảm xuống làm chođiện thế ở chân –input(chân 2) của LM358 tăng lên

Ngược lại, khi không có ánh sáng hoặc ánh sáng yếu chiếu vào quang trở LDR, nội trởcủa LM358 tăng lên làm điện thế ở chân –input(chân 2) của LM358 giảm xuống

Điện thế ở -input(chân 2) và +input của LM358 (chân 3) luôn được so sánh với nhau đểxuất ra điện áp ở chân output( chân 1)

Khi điện áp ở +intput lớn hơn –input thì điện áp output sẽ ở mức cao làm đèn LED sáng,ngược lại điện áp ở output sẽ ở mức thấp làm đèn LED tắt

Ta có thể điều chỉnh giá trị của biến trở RV để tăng hay giảm điện áp của +input đồng nghĩavới việc điều chỉnh độ nhạy của mạch

2.3 Sơ đồ mạch in

2.4 Mạch mô phỏng 3D

III Mạch sau khi hoàn thành

IV Ứng dụng

Với mạch đèn tự động ta có thể ứng dụng rất nhiều vào thực tế đời sồng như đèn ngủ

tự động, đèn đường tự động bật khi trời tối và tự động tắt khi trời sáng…

Chương 2: MẠCH NHÁY THEO NHẠC

I GIỚI THIỆU LINH KIỆN DÙNG TRONG BÀI

LM3915 bao gồm một điện áp tham chiếu có thể điều chỉnh và một bộ chia điện áp

10 bước chính xác Trạng thái trở kháng cao đầu và chấp nhận mức tín hiệu dao động từ 15V Hơn nữa nó cũng không cần bất cứ sự bảo vệ nào; từ đầu vào +⁄-35V

0V-Mỗi bậc hiển thị trên LM3915 thích hợp với tín hiệu dải động (có thể là âm thanh, các cấp

độ ánh sáng hoặc các loại hình dao động) Những ứng dụng âm thanh bao gồm mức thấp

nhất hoặc cao nhất của bộ báo hiệu, có thể là bộ đếm xung hoặc những tín hiệu có tần sốcao Việc thay thế những bộ đếm thong thường bằng mộ biểu đồ dạng cột với những led sẽđược đáp ứng nhanh hơn Với những tín hiệu phức tạp khi đi qua IC sẽ được giữ lại mộtcách có trật tự và hợp lý với những tín hiệu tương tự

Về nhiệt độ LM3915 hoạt động tốt ở nhiệt độ 0℃đến 70℃ Ở nhiệt độ này IC làm việc tốiưu

Hình 1.2 Sơ đồ chân LM3915

 1 LED NO.1 Hiển thị LED thứ nhất

 2 V- Chân nối điện áp âm

 3 V+ Chân nối điện áp dương

 4 DIVIDER (LOW END) Bộ chia mức thấp

 5 SIGNAL INPUT Tín hiệu ngõ vào

 6 DIVIDER (HIGH END) Bộ chia mức cao

 7 REFRENCE OUTPUT Chuẩn ngõ ra

 8 REFRENCE ADJUST Chuẩn hiệu chỉnh

 9 MODE SELECT Kết nối, điều khiển với những khối khác

 10 LED NO.10 Hiển thị LED thứ 10

 11 LED NO.9 Hiển thị LED thứ 9

 12 LED NO.8 Hiển thị LED thứ 8

 13 LED NO.7 Hiển thị LED thứ 7

 14 LED NO.6 Hiển thị LED thứ 6

 15 LED NO.5 Hiển thị LED thứ 5

 16 LED NO.4 Hiển thị LED thứ 4

 17 LED NO.3 Hiển thị LED thứ 3

 18 LED NO.2 Hiển thị LED thứ 2

Hình 1.3.Sơ đồ khối

Sơ đồ khối rút gọn bên trên chỉ ra cách thức hoạt động chung của IC Một mức trở khángcao đầu vào với tín hiệu từ 0V-12V, được bảo vệ chống lại sự đảo pha và quá điện áp của tínhiệu Tín hiệu này sau đó được chia tới 10 bộ so sánh, mỗi bộ so sánh đó có các ngưỡngđược tạo bởi chuỗi điện trở

Một cách ví dụ tường minh, chuỗi điện trở được nối với điện áp tham chiếu 1.25V bên trong

IC Trong trường hợp này, với mỗi bước tăng 3dB của tín hiệu đầu vào thì một bộ so sánh sẽ

được hoạt động hiển thị bởi LED Điện trở chia này được nối với hai điện áp bất kỳ sao chothấp hơn V+1.5v và không thấp hơn V-.

Kí hiệu và quy ước

Hình 1.5 Kí hiệu kiểu Mỹ Kí hiệu điện trở theo kiểu (IEC)

(a) điện trở,

(b) điện trở biến thiên,

(c) máy đo điện thế

 Mã màu trên điện trở

Trong thực tế, để đọc được giá trị của một điện trở thì ngoài việc nhà sản xuất in trị số của

nó lên linh kiện thì người ta còn dùng một qui ước chung để đọc trị số điện trở và các tham

số cần thiết khác Giá trị được tính ra thành đơn vị Ohm (sau đó có thể viết lại thành kí lôhay mêga cho tiện)

Hình 1.6 Bảng xác định giá trị của điện trở

Trong hình

 Điện trở ở vị trí bên trái có giá trị được tính như sau:

Bởi vì vàng tương ứng với 4, xanh lục tương ứng với 5, và đỏ tưong ứng với giá trị số

mũ 2 Vòng màu cuối cho biết sai số của điện trở có thể trong phạm vi 5% ứng với màukim loại vàng

 Điện trở ở vị trí giữa có giá trị được tính như sau:

Lưu ý: Để tránh lẫn lộn trong khi đọc giá trị của các điện trở, đối với các điện trở có tổng số

vòng màu từ 5 trở xuống thì có thể không bị nhầm lẫn vì vị trí bị trống không có vòng màu

sẽ được đặt về phía tay phải trước khi đọc giá trị Còn đối với các điện trở có độ chính xác cao và có thêm tham số thay đổi theo nhiệt độ thì vòng màu tham số nhiệt sẽ được nhìn thấy

có chiều rộng lớn hơn và phải được xếp về bên tay phải trước khi đọc giá trị

 Do các điện trở cố định thường có sai số đến 20%, tức là có thể biến đổi xung quanhtrị số danh định đến 20% Cho nên không cần thiết phải có tất cả các trị số 10, 11, 12,13, Mặt khác các mạch điện thông thường đều cho phép sai số theo thiết kế Nên chỉcần các trị số 10, 15, 22, 33, 47, 68, 100, 150, 200, là đủ

1.3 Tụ điện

Hình 1.7 Hình ảnh thực tế của tụ điện

Tụ điện là một loại linh kiện điện tử thụ động tạo bởi hai bề mặt dẫn điện được ngăn cáchbởi điện môi Khi có chênh lệch điện thếtại hai bề mặt, tại các bề mặt sẽ xuất hiện điệntíchcùng điện lượngnhưng trái dấu

Sự tích tụ của điện tích trên hai bề mặt tạo ra khả năng tích trữ nâng lượng điện trường của

tụ điện Khi chênh lệch điện thế trên hai bề mặt là điện thế xoay chiều sự tích luỹ điện tích

bị chậm phaso với điện áp, tạo nên trở khángcủa tụ điện trong mạch điện xoay chiều

Về mặt lưu trữ năng lượng, tụ điện có phần giống với ác quy Mặc dù cách hoạt động củachúng thì hoàn toàn khác nhau, nhưng chúng đều cùng lưu trữ năng lượng điện Ắc qui có 2cực, bên trong xảy ra phản ứng hóa học để tạo ra electronở cực này và chuyển electron sangcực còn lại Tụ điện thì đơn giản hơn, nó không thể tạo ra electron - nó chỉ lưu trữ chúng Tụđiện có khả năng nạp và xả rất nhanh Đây là một ưu thế của nó so với ắc qui

 Điện dung, đơn vị và ký hiệu của tụ điện

Điện dung là đại lượng vật lý nói lên khả năng tích điện giữa hai bản cực của tụ điện, điện

dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng cáchgiữ hai bản cực theo công thức:

ξ×ξ0

Trong đó,

 C: là điện dung tụ điện, đơn vị là Fara [F]

 ε: Là hằng số điện môi của lớp cách điện;

 ε0: Là hằng số điện thẩm;

 d: là chiều dày của lớp cách điện;

 S: là diện tích bản cực của tụ điện

Đơn vị của đại lượng điện dung là Fara [F] Trong thực tế đơn vị Fara là trị số rất lớn, do

đó thường dùng các đơn vị đo nhỏ hơn như micro Fara (1µF=10−6F), nano Fara(1nF=10−9F), pico Fara (1pF=10−12F)

Điện Thế

Tụ điện trong các mạch thông thường có thông số điện áp làm việc cao nhất: 5V, 10V, 12V, 16V, 24V, 25V, 35V, 42V, 47V, 56V, 100V, 110V, 160V, 180V, 250V, 280V, 300V, 400V

Ngày nay các dây chuyền lớn sản xuất và cho ra ít cấp điện áp hơn thế.

-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 từmột khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N

-LED thường được dùng trong các mạch báo hiệu, chỉ thị trạng thái của mạch như báo

nguồn, trạng thái thuận hay ngược

Hình 1.8 Mặt cắt, cấu tạo và kí hiệu LED tiêu chuẩn

II NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH

Nguyên lý hoạt động:

Nguồn được cấp vào chân số 3 của IC, tín hiệu được đưa tới chân số 5, chân số 2 và chân số

4 được nối với mas Chân số 9 được nối với dương nguồn để chọn chế độ hiển thị của LED

là dạng đồng loạt Các linh kiện còn lại được nối như trên hình vẽ Tín hiệu từ loa hoặc từđầu ra thiết bị âm thanh được đưa tới chân số 5 của IC sau đó tín hiệu sẽ được đưa qua một

bộ đệm Tín hiệu sau bộ đệm sẽ được so sánh với các ngưỡng tín hiệu của các bộ so sánhtrong IC Khi biên độ tín hiệu vào lớn hơn ngưỡng thì đầu ra các bộ so sánh sẽ xuất ra mứcđiện áp thấp Khi đó 2 đầu LED sẽ phát sáng Cứ như vậy tùy thuộc vào biên độ của tín hiệuvào lớn hơn ngưỡng của bộ so sánh nào mà LED nối với bộ so sánh đó sẽ phát sáng Để điềuchỉnh ngưỡng của các bộ so sánh ta sẽ điều chỉnh chiết áp WR2

Vref = 1.25(1+R2/R1 ) + R2x80µA

I_led = 12.5/R1 + V_ref/2.2 +…

III THIẾT KẾ VÀ THỰC THI

3.1 Sơ đồ nguyên lý

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý

3.2.Sơ đồ mạch in

Hình 1.10 Sơ đồ mạch in

3.3 Hình ảnh 3D của mạch

Hình 1.11 Hình ảnh mặt trên của mạch điều khiển đèn led bằng IC số được vẽ bằng Proteus

3.4 Hình ảnh thật

Hình 1.12.Ảnh thật của mạch

IV ỨNG DỤNG

Từ việc thành công trong đề tài trên,chúng em đã có vốn thêm kiến thức về thiết kếmạch,đề tài của chúng em chỉ dừng lại ở mạch LED nháy theo điệu nhạc,nhưng từ đề tài đóchúng em có thể phát triển lên mức cao hơn cho các đề tài tiếp theo Như ứng dụng để làmbáo mức cường độ tín hiệu sử dụng hoặc trang trí, có thể ứng dụng để đo điện áp từ ácquy

Chương 3 MẠCH CHỐNG TRỘM DÙNG HỒNG NGOẠI

I GIỚI THIỆU LINH KIỆN DÙNG TRONG MẠCH

1.1 Loa

Hình 1.13 Loa chip 5v

- Loa là một thiết bị điện, có khả năng biến đổi năng lượng điện thành âm thanh

- Có rất nhiều loại loa khác nhau Để sử dụng cho mạch mô phỏng ta chỉ cần dùng loa chip 5V

1.2 Transistor C1815

Hinh 1.14 Sơ đồ chân transistor C1815

Transistor C1815 là transistor thuộc loại transistor NPN C1815 có Uc cực đại

= 50V dòng IC cực đại = 150mA Hệ số khuếch đại β của C1815 trong khoảng 25 đến 100

1.3 MUDULE cảm biến chuyển động bằng hồng ngoại PIR

 Tìm hiểu về cảm biến PIR

Hình 1.15 Cảm biến PIR

PIR là viết tắt cảu chữ Passive InfraRed sensor tức là bộ cảm biến thụ động dùngnguốn kích thích là tia hồng ngoại Tia hồng ngoại (IR) chính là các tia nhiệt phát ra từ cácvật thể có nhiệt độ Trong các cơ thể sống như con người chúng ta luôn có than nhiệt (thốngthường là 37 độ C), và từ cơ thể chúng ta sẽ luôn phát ra các tia nhiệt, hay còn gọi là các tiahồng ngoại, người ta sẽ dùng một tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt ra dạng tín hiệu điện vànhờ đó mà có thể làm ra cảm biến phát hiện các vật thể nóng đang chuyển động Cảm biếnnày gọi là thụ động vì nó không dùng nguồn nhiệt tự phát mà chỉ phụ thuộc vào các nguồnnhiệt phát ra từ bên ngoài

Chân 1 (Drain): nối nguồn

Chân 2 (Souree): Tín hiệu ra

Chân 3 (Ground): nối mass

 Module cảm biến chuyển động PIR

Hình 1.16 Mudule cảm biến chuyển động HC-SR501 sử dụng IC cảm biến BISS0001

Cấu tạo của Module cảm biến chuyển động PIR gồm các khối: cảm biến (PIR sensor), khối khuếch đại tín hiệu, khối so sánh, khối định thừoi deplay và đưa tín hiệu ra để điều khiển các thiết bị khác

- Tự động cảm ứng: Khi có người vào phạm vi cảm ứng điện thế chân OUT: 1.5V-3.3V

- Kiểm soát ánh sáng (tùy chọn): Bạn có thể xem vị trí lắp quang trở, khi có quang trở sẽthiết lập module hoạt động ban ngày hay ban đêm

- Thiết lập 2 chế độ kích hoạt: L không được lặp đi lặp lại, H có thể được lặp đi lặp lại + Không thể lặp lại kích hoạt: Module tự động đưa về mức thấp khi hết thời gian trễ + Lặplại kích hoạt: Module luôn giữ ở mức cao cho đến khi không còn người chuyển động

- Thiết lập thời gian: Module hoạt động ổn định khi cài đặt >5s

Cảm biến Khuếch

đại

tự động

- Điện áp sử dụng: Sử dụng điện áp từ 5-12V.

*Hướng dẫn sử dụng:

- Cài đặt: Khi khởi tạo, Module cần thời gian khởi tạo khoảng 1 phút Trong thời gian này,module tạo ra điện áp từ 1-3 lần sau đó vào chế độ chờ Điện áp ra 1.5-3.3V, nếu sử dụng I/

O 4,5-5,5V bạn nên lắp thêm transistor

- Địa điểm sử dụng: Nên cố gắng tránh ánh sáng trực tiếp và nguồn nhiễu gắn với bề mặtlăng kính của các mô-đun, để tránh đưa ra tín hiệu nhiễu, tránh sử dụng môi trường nhiềugió

1.4 Điện trở

Hình 1.5 Điện Trở 220k

Điện trở hay Resistor là một linh kiện điện tử thụ động trong một mạch điện, hiệu điện thế giữa hai

đầu của nó tỉ lệ với cường độdòng điện qua nó theo định luật Ohm:

Đơn vị: ohm (kí hiệu: Ω) là đơn vị trong hệ SI của điện trở, được đặt theo tên Georg Simon Ohm Một ohm tương đương với vôn/ampere Các điện trở có nhiều giá trị khác nhau gồm milliohm (1 mΩ = 10−3 Ω), kilohm (1 kΩ = 103 Ω), và megohm (1 MΩ = 106 Ω)

 Kí hiệu và quy ước