Đồ án Cảm biến sóng Rada

Ngày nay, có rất nhiều loại đèn tự động sáng tắt bằng cảm biến ánh sáng, cảm biến hồng ngoại, cảm biến nhiệt, cảm biến chuyển động bằng sóng radar,…được áp dụng trong đời sống. Đèn tự động sáng tắt dùng cảm biến sóng Rada được sử dụng khá phổ biến. Nó sử dụng sóng Radar phát hiện chuyển động của vật để điều khiển đèn sáng tắt theo yêu cầu sử dụng của người dùng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

MỤC LỤ

BẢNG TỰ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN 3

LỜI NÓI ĐẦU 5

CHƯƠNG I: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN TỰ ĐỘNG SÁNG TẮT BẰNG SÓNG RADAR 6

1.1 T ÌM HIỂU VỀ SÓNG R ADAR 6

1.2 Ứ NG DỤNG CỦA SÓNG R ADAR 6

1.3 Ứ NG DỤNG CỦA MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN TỰ ĐỘNG SÁNG TẮT BẰNG SÓNG R ADAR TRONG CUỘC SỐNG 8

1.4 T ÌM HIỂU MỘT SỐ LINH KIỆN TRONG MODUN MẠCH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG BẰNG SÓNG R ADA 8

1.4.1 Diode chỉnh lưu 8

1.4.2 Giới thiệu về Triac 13

1.4.3 Điện trở 15

1.4.4 Tụ điện 16

1.4.5 IC 78L05 16

1.4.6 IC EG0001 17

1.4.7 Modun D-65262 20

CHƯƠNG II: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MODUN MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN TỰ ĐỘNG SÁNG TẮT BẰNG SÓNG RADA 21

2.1 S Ơ ĐỒ KHỐI 21

2.2 N GUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC KHỐI 21

Diode chỉnh lưu 21

Tụ lọc 22

Sụt áp 22

IC ổn áp 78L05 22

IC EG0001 22

D-65262 23

Triac BT136 23

2.3 N GUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TOÀN MẠCH 23

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC, KẾT LUẬN SAU KHI HOÀN THIỆN ĐỀ TÀI, TÀI LIỆU THAM KHẢO 24

TÀI LIỆU THAM KHẢO 24

BẢNG TỰ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN

I KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ

SV tự đánh giá GV Kiểm tra

đạt

1 Lập kế hoạch đúng yêu cầu

2 Thực hiện tiến độ theo kế hoạch

3 Thực hiện nhiệm vụ được giao

4 Thu thập tài liệu phục vụ nghiên cứu

5 Phân tích tổng hợp dữ liệu

6 Phối hợp làm việc nhóm

7 Khả năng làm việc độc lập

8 Năng lực phân tích

9 Năng lực chuyển giao

10 Năng lực thiết kế mạch cơ bản

11 Năng lực vận hành khai thác các thiết bị

Hưng Yên, ngày tháng năm 20

Người tự đánh giá II Ý KIẾN NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Hưng Yên, ngày tháng năm 20

Cán bộ hướng dẫn

LỜI NÓI ĐẦU

Xã hội Việt Nam ngày càng đổi mới, hướng tới công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, kết hợp với sự phát triển của công nghệ kĩ thuật Các thiệt bị điều khiển tự độngkhông còn là cái gì quá xa lạ với mọi người như: máy bơm nước tự động, van xả nước

tự động, cửa tự động,… Được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống hằng ngày, trong các ngành công nghiệp ,y tế, nghiên cứu, giải trí để đáp ứng nhu cầu cần thiết của con người Trong đó, không thể không nhắc đến đèn tự động sáng tắt được nhiều người lựa chọn và sử dụng phục vụ cho nhu cầu cuộc sống

Ngày nay, có rất nhiều loại đèn tự động sáng tắt bằng cảm biến ánh sáng, cảm biến hồng ngoại, cảm biến nhiệt, cảm biến chuyển động bằng sóng radar,…được áp dụng trong đời sống Đèn tự động sáng tắt dùng cảm biến sóng Rada được sử dụng khá phổ biến Nó sử dụng sóng Radar phát hiện chuyển động của vật để điều khiển đèn sáng tắt theo yêu cầu sử dụng của người dùng

Đề tài: TÌM HIỂU VÀ NGHIÊN CỨU MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN TỰ ĐỘNG

SÁNG TẮT BẰNG SÓNG RADAR là một ứng dụng nhỏ trong điều khiển tự động, trong công cuộc phát triển hiện đại hóa đất nước

Nội dung đề tài gồm 3 chương:

- Chương I: Lý thuyết tổng quan về mạch điều khiển đèn tự động sáng tắt bằng

Trong suốt quá trình thực hiện đề tài, em đã được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy

cô trong khoa Kĩ thuật Điện-Điện tử, và đặc biệt là thầy Đỗ Tuấn Anh Trong quá trình thực hiện không tránh khỏi những sai sót, mọi lời nhận xét, đánh giá, góp ý hoặc

bổ sung của thầy cô nhằm giúp em hoàn thiện đề tài là điều vô cùng quý giá với em

Em xin chân thành cảm ơn !

Chương I: Lý thuyết tổng quan về mạch điều khiển đèn tự động sáng tắt bằng sóng Radar.

1.1 Tìm hiểu về sóng Radar

- Sóng Radar (sóng vô tuyến) là một bức xạ điện từ với bước sóng trong phổ điệndài hơn ánh sáng hồng ngoại Sóng vô tuyến có tần số từ 3KHz tới 300GHz, tương ứng với bước sóng từ 100km tới 1mm

- Các tần số khác nhau của sóng Radar có đặc tính lan truyền khác nhau trong khí quyển trái đất Sóng dài truyền theo đường cong của trái đất, sóng ngắn nhờphản xạ từ tầng điện ly nên có thế truyền rất xa, các bước sóng ngắn hơn bị phản xạ yếu hơn và truyền trên đường nhìn thẳng

- Radar là phương tiện vô tuyến dùng để phát hiện và xác định vị trí của mục tiêu

so với trạm Radar Vì vậy nó được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực quân sự, giao thông (đặc biệt là đường biển và đường không) và cả trong cuộc sống hàngngày của con người

- Thuật ngữ Radar được viết tắt của Radio Delection And Ranging, tức là dùng sóng vô tuyến để xác định phương hướng và khoảng cách tới mục tiêu

- Để đo khoảng cách, Radar xung sử dụng nguyên lí như sau: dùng sóng điện từ siêu cao tần (sóng radio) phát vào không gian dưới dạng xung radio và thu lại sóng phản xạ từ mục tiêu trở về

- Lan truyền trong không gian theo đường thẳng

- Tốc độ lan truyền không đổi: C=3*10^8 m/s

- Mang năng lượng lớn, gặp mục tiêu sẽ phản xạ trở về

1.2 Ứng dụng của sóng Radar

Ngày nay, sóng Radar không còn là cái gì quá xa lạ với con người chúng ta Nó được nói đến hằng ngày, hàng giờ và được áp dụng phổ biến trong cuộc sống chúng ta, để đáp ứng như cầu cần thiết cho cuộc sống cũng như bảo vệ đất nước.

Trong cuộc sống, con người sử dụng sóng Radar vào:

- Hoạt động Quân sự: Radar được thiết kế, triển khai cho hệ thống rà soát và khaihỏa đặt trên các vũ khí tên lửa hiện đại mặt đất, cho công tác nghiệp vụ quân

sự, hệ thống chuy tìm mục tiêu trên không và trên biển của các chiến hạm, tàu chiến, hệ thống tâm điểm phát tin hiệu truyền tin trên mặt đất hay mặt biển Giúp quân đội ta tìm mục tiêu nhanh nhất, ngăn chặn những âm mưu xâm lược nước ta, bảo vệ toàn vẹn chủ quyền lãnh thổ của tổ quốc

- Giao thông hàng hải, hàng không thậm trí cả đường bộ: giúp cho chúng ta xác định chính xác vị trí của mình quan sát, thăm rò địa hình xung quanh một cách chính xác nhanh chóng trong khoảng thời gian rất ngắn kể cả trong điều kiện đêm tối, sương mù, băng tuyết,…Để tránh khỏi nhưng va chạm rủi do có thể sảy ra bất cứ lúc nào

- Khí tượng thủy văn: được lắp đặt trên các vệ tinh chạm khí tượng nhằm có thông tin sớm nhất về các hiện tượng khí hậu cực đoan báo cho chúng ta biết cách phòng chánh, giảm bớt hậu quả do thiên tai gây ra đặc biệt đối với việt Nam

- Đài phát thanh và truyền hình đáp ứng nhu cầu cần thiết hàng ngày của con người

- Đời sống con người: Radar được sử dụng để thiết kế các modun cảm biến điều khiển tự động, thiết bị bảo vệ,…

Bên cạnh những ưu điểm vượt trội thì Radar cũng có một số nhược điểm làm ảnh hưởng tới con người: chúng ta lên hạn chế tiếp xúc với sóng vô tuyến, nó làm ảnh hưởng tới sức khỏe, phá vỡ cấu chúc tế bào,hệ thần kinh,tim mạch, rối loạn sức khỏe ,bệnh ngoài ra, trí nhớ giảm Hơn cả nó làm cho nam giới bị hiếm muộn hoặc vô sinh nếu tiếp xúc thường xuyên với chúng Sóng vô tuyến hay còn gọi là sóng Radar, nó bao vây xung quanh chúng ta Chúng phát ra ở các thiết bị cũ, rò rỉ sóng: TV, máy tính, điện thoại, lò vi sóng, wifi,… Đặc biệt ở các trạm Radar, trạm phát sóng Vì vậy lên hạn chế tiếp xúc với sóng Radar

1.3 Ứng dụng của mạch điều khiển đèn tự động sáng tắt bằng sóng Radar trong cuộc sống

Mạch điều khiển tự động dùng sóng Radar (cảm biến sóng Radar) được áp dụng khá phổ biến trong cuộc sống hiện đại ngày nay Nó tự động phát hiện chuyển động của người hay vật, sau đó điều khiển cho thiết bị hoạt động và tự động ngắt sau một khoảng thời gian nhất định khi hết chuyển động (điều chỉnh độ trễ 10-70s) Khoảng cách phát hiện chuyển động và thời gian hoạt động đóng ngắt thiết bị do người cài đặttheo nhu cầu sử dụng của mình (khoảng cách phát hiện 4-8m) Cảm biến sóng Radar khắc phục mọi nhược điểm của cảm biến hồng ngoại, không phụ thuộc vào môi

trường, không có điểm mù, vùng phủ sóng rộng, cảm biến chuyển động ngay cả khi

có vật cản,…Vì vậy có thể lắp kín bên trong thiết bị, hộp kĩ thuật và có công dụng dùng để:

- Tự động đóng ngắt thiệt bị điện để tiết kiệm điện năng, tài nguyên như: bóng đèn, quạt thông gió, van xả nước tự động,…Ứng dụng trong hành lang, cầu thang, tầng hầm, nhà để xe, nhà kho,…

- Giám sát, bảo vệ theo nhu cầu của người sử dụng: trong phòng có người già ốmyếu để cung cấp ánh sáng cho hoạt động cá nhân, trong các kho hàng tránh mất mát, chộm cắp, rủi ro không mong muốn

1.4 Tìm hiểu một số linh kiện trong modun mạch điều khiển tự động bằng sóng Rada

1.4.1 Diode chỉnh lưu

Khái niệm

Diode bán dẫn hay Diode là một loại linh kiện bán dẫn chỉ cho phép dòng điện đi qua

nó theo một chiều mà không theo chiều ngược lại

Có nhiều loại Diode bán dẫn, như Diode chỉnh lưu thông thường, Diode Zener, LED Chúng đều có nguyên lý cấu tạo chung là một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N và được nối với 2 chân ra là anode và cathode

Diode là linh kiện bán dẫn đầu tiên Ngày nay hầu hết các Diode được làm từ silic, nhưng các chất bán dẫn khác như selen hoặc germani thỉnh thoảng cũng được sử dụng

Hoạt động

Khối bán dẫn loại P chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn N (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyển độngkhuếch tán sang khối N Cùng lúc khối P lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối N chuyển sang Kết quả là khối P tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điệntử) trong khi khối N tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống)

Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện

từ có bước sóng gần đó)

Sự tích điện âm bên khối P và dương bên khối N hình thành một điện áp gọi là điện

áp tiếp xúc (UTX) Điện trường sinh ra bởi điện áp có hướng từ khối n đến khối p nêncản trở chuyển động khuếch tán và như vậy sau một thời gian kể từ lúc ghép 2 khối bán dẫn với nhau thì quá trình chuyển động khuếch tán chấm dứt và tồn tại điện áp tiếp xúc Lúc này ta nói tiếp xúc P-N ở trạng thái cân bằng Điện áp tiếp xúc ở trạng thái cân bằng khoảng 0.7V đối với điốt làm bằng bán dẫn Si và khoảng 0.3V đối với điốt làm bằng bán dẫn Ge

Hai bên mặt tiếp giáp là vùng các điện tử và lỗ trống dễ gặp nhau nhất nên quá trình tái hợp thường xảy ra ở vùng này hình thành các nguyên tử trung hòa Vì vậy vùng biên giới ở hai bên mặt tiếp giáp rất hiếm các hạt dẫn điện tự do nên được gọi là vùng nghèo Vùng này không dẫn điện tốt, trừ phi điện áp tiếp xúc được cân bằng bởi điện

áp bên ngoài Đây là cốt lõi hoạt động của điốt

Nếu đặt điện áp bên ngoài ngược với điện áp tiếp xúc, sự khuếch tán của các điện tử

và lỗ trống không bị ngăn trở bởi điện áp tiếp xúc nữa và vùng tiếp giáp dẫn điện tốt Nếu đặt điện áp bên ngoài cùng chiều với điện áp tiếp xúc, sự khuếch tán của các điện

tử và lỗ trống càng bị ngăn lại và vùng nghèo càng trở nên nghèo hạt điện tự do Nói cách khác điốt chỉ cho phép dòng điện qua nó khi đặt điện áp theo một hướng nhất định

Điốt chỉ dẫn điện theo một chiều từ anode sang cathode Theo nguyên lý dòng điện chảy từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp, muốn có dòng điện qua điốt theo chiều từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp, cần phải đặt ở anode một điện thế cao hơn ở cathode Khi đó ta có UAK > 0 và ngược chiều với điện áp tiếp xúc (Utiếp xúc) Như vậy muốn có dòng điện qua điốt thì điện trường do UAK sinh ra phải mạnh hơn điện trường tiếp xúc, tức là: UAK >UTX Khi đó một phần của điện áp UAK

dùng để cân bằng với điện áp tiếp xúc (khoảng 0.6V), phần còn lại dùng để tạo dòng điện thuận qua điốt.

Khi UAK > 0, ta nói điốt phân cực thuận và dòng điện qua điốt lúc đó gọi là dòng điện thuận (thường được ký hiệu là IF tức I-FORWARD hoặc ID tức I-DIODE) Dòng điện thuận có chiều từ anode sang cathode

Khi UAK đã đủ cân bằng với điện áp tiếp xúc thì điốt trở nên dẫn điện rất tốt, tức là điện trở của điốt lúc đó rất thấp (tầm khoảng vài chục Ohm) Do vậy phần điện áp để tạo ra dòng điện thuận thường nhỏ hơn nhiều so với phần điện áp dùng để cân bằng với Utiếp xúc Thông thường phần điện áp dùng để cân bằng với Utiếp xúc cần khoảng 0.6V

và phần điện áp tạo dòng thuận khoảng 0.1V đến 0.5V tùy theo dòng thuận vài chục

mA hay lớn đến vài Ampere Như vậy giá trị của UAK đủ để có dòng qua điốt khoảng0.6V đến 1.1V Ngưỡng 0.6V là ngưỡng điốt bắt đầu dẫn và khi UAK = 0.7V thì dòng qua Diode khoảng vài chục mA

Nếu Diode còn tốt thì nó không dẫn điện theo chiều ngược cathode sang anode Thực

tế là vẫn tồn tại dòng ngược nếu điốt bị phân cực ngược với hiệu điện thế lớn Tuy nhiên dòng điện ngược rất nhỏ (cỡ μA) và thường không cần quan tâm trong các ứng A) và thường không cần quan tâm trong các ứng dụng công nghiệp Mọi điốt chỉnh lưu đều không dẫn điện theo chiều ngược nhưng nếu điện áp ngược quá lớn (VBR là ngưỡng chịu đựng của Diode) thì điốt bị đánh thủng, dòng điện qua điốt tăng nhanh và đốt cháy điốt Vì vậy khi sử dụng cần tuân thủ hai điều kiện sau đây:

 Dòng điện thuận qua điốt không được lớn hơn giá trị tối đa cho phép (do nhà sản xuất cung cấp, có thể tra cứu trong các tài liệu của hãng sản xuất để xác định)

 Điện áp phân cực ngược (tức UKA) không được lớn hơn VBR (ngưỡng đánh thủng của điốt, cũng do nhà sản xuất cung cấp)

Đặc tuyến

Hình 1 Đặc tuyến của Diode

Đặc tuyến Volt-Ampere của Diode là đồ thị mô tả quan hệ giữa dòng điện qua điốt theo điện áp UAK đặt vào nó Có thể chia đặc tuyến này thành hai giai đoạn:

 Giai đoạn ứng với UAK = 0.7V > 0 mô tả quan hệ dòng áp khi điốt phân cực thuận

 Giai đoạn ứng với UAK = 0.7V< 0 mô tả quan hệ dòng áp khi điốt phân cực nghịch

(U AK lấy giá trị 0,7V chỉ đúng với các điốt Si, với điốt Ge thông số này khác)

Khi điốt được phân cực thuận và dẫn điện thì dòng điện chủ yếu phụ thuộc vào điện trở của mạch ngoài (được mắc nối tiếp với điốt) Dòng điện phụ thuộc rất ít vào điện trở thuận của điốt vì điện trở thuận rất nhỏ, thường không đáng kể so với điện trở của mạch điện

Ứng dụng

Vì điốt có đặc tính chỉ dẫn điện theo một chiều từ anode đến cathode khi phân cực thuận nên điốt được dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều

Ngoài ra điốt có nội trở thay đổi rất lớn, nếu phân cực thuận RD 0 (nối tắt), phân cực nghịch RD (hở mạch), nên điốt được dùng làm các công tắc điện tử, đóng ngắt bằng điều khiển mức điện áp Điốt chỉnh lưu dòng điện, giúp chuyển dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều, điều đó có ý nghĩa rất lớn trong kĩ thuật điện tử Vì vậy điốt được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện và điện tử

Điốt quang (Photodiode)

T2

T1 T1

G

T2

N P

N N P N

1.4.2 Giới thiệu về Triac

Cấu tạo của Triac

- Triac là thiết bị bán dẫn ba cực, bốn lớp có đường đặc tinh Volt- Ampe đối xứng, nhận góc mở α cho cả hai chiều

- Triac được chế tạo để làm việc trong mạch điện xoay chiều, có tác dụng như hai Thyristor đấu song song ngược

Hình 2 a- Cấu tạo của Triac b- Ký hiệu của Triac

- Triac được chế tạo trên cùng một đơn tinh thể gồm hai cực và chỉ có một cực điều khiển

Nguyên lý làm việc

- T1 là cực gần với cực điều khiển G ở góc phần tư thứ nhất (I): UT2> UT1 còn gócphần

tư thứ ba (III) thì ngược lại

- Điện áp UBO là giá trị điện áp mở đưa Triac từ trạng thái bị khóa sang trạng thái dẫn khi không có dòng điều khiển IG = 0 Khi có dòng điều khiển IG Triac sẽ mở với điện

áp đặt nhỏ hơn

Theo nguyên lý hoạt động của triac đã nêu ở trên, triac sẽ được kích mở cho dòng điện chạy qua khi điện áp MT2 và G đồng dấu, nghĩa là:

- MT 2 dương và G dương so với MT1

- MT2âmvà G âm so với MT1

- Ngoài ra MT2 và G trái dấu triac cũng có thể kích mở được:

- MT2 dương và G âm so với MT1,có dòng điện

- MT2 âm và G dương so với MT1,không dòng điện

- Loại này gọi là loại điều khiển trái dấu âm

- MT2 dương và G âm so với MT1, không dòng điện

- MT2 âm và G dương so với MT1có dòng điện

- Loại này gọi là loại điều khiển trái dấu dương

Đặc tính Volt- Ampe của Triac