Đang tải... (xem toàn văn)
Báo cáo đồ án cơ bản ngành điện tử viễn thông làm theo mẫu của trường đại học công nghiệp hà nội. Đề tài: Mạch cảm biến ánh sáng dùng transistor. Tính năng: bật tắt tải qua relay, dùng quang trở và transistor
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ -o0o - ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ CƠ BẢN MẠCH CẢM BIẾN ÁNH SÁNG GVHD: NHÓM: LỚP, KHĨA: HÀ NỘI, LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án này, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành … hướng dẫn góp ý, giúp chúng em hồn thành đồ án cách tốt Trong trình thực đồ án, cịn nhiều thiếu sót kiến thức, kỹ kinh nghiệm nên tránh khỏi sai sót, chúng em mong nhận góp ý thầy để đồ án chúng em ngày hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng Sinh viên nhóm năm TĨM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án trình bày mạch cảm biến ánh sáng sử dụng transistor quang trở dùng đóng ngắt thiết bị điện, điện tử MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH .4 DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU .5 PHẦN TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu .6 1.2 Nhiệm vụ .6 1.3 Phân công công việc nhóm PHẦN TÌM HIỂU LINH KIỆN 2.1 Transistor C1815 2.2 Relay .8 2.3 Quang trở .9 2.4 IC 7805 10 PHẦN THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN 11 3.1 Yêu cầu thiết kế 11 3.2 Phân tích thiết kế 11 3.3 Sơ đồ khối 12 3.4 Thiết kế mạch điện 12 3.5 Mô 14 3.6 Thiết kế mạch in 17 3.7 Hoàn thiện mạch in .20 PHẦN KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 21 4.1 Kết luận .21 4.2 Hướng phát triển 22 4.3 Kinh nghiệm rút 22 PHẦN TÀI LIỆU THAM KHẢO .23 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1: Transistor C1815 Hình 2: Cấu tạo transistor NPN Hình 3: Sơ đồ chân C1815 Hình 4: Relay 5V DC Hình 5: Cấu tạo relay Hình 6: Nguyên lý hoạt động relay .9 Hình 7: Quang trở Hình 8: Nguyên lý hoạt động quang trở .10 Hình 9: IC 7805 10 Hình 10: Sơ đồ chân IC 7805 10 Hình 11: Sơ đồ nguyên lý Khối nguồn 12 Hình 12: Sơ đồ nguyên lý Khối cảm biến, điều khiển thực thi 13 Hình 13: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 14 Hình 14: Mơ khơng có ánh sáng Proteus 14 Hình 15: Mơ có ánh sáng Proteus .15 Hình 16: Mơ có ánh sáng Breadboard 16 Hình 17: Mơ khơng có ánh sáng Breadboard .17 Hình 18: Sơ đồ nguyên lý mạch in 18 Hình 19: Mạch in thiết kế Altium 18 Hình 20: Mặt trước mạch in 19 Hình 21: Mặt sau mạch in 19 Hình 22: Mặt trước mạch in hồn thiện 20 Hình 23: Mặt sau mạch in hoàn thiện .20 Hình 24: Mạch hoạt động khơng có ánh sáng .21 Hình 25: Mạch hoạt động có ánh sáng 21 DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU Bảng 1: Linh kiện, công cụ sử dụng để thử nghiệm 15 Bảng 2: Công cụ sử dụng để làm mạch in 19 PHẦN TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu - Điện nguồn lượng quan trọng sống đại, mà cần phải sử dụng điện cách tiết kiệm hợp lý - Mạch cảm biến ánh sáng dùng điều khiển thiết bị điện đời giúp tiết kiệm điện bị lãng phí qn tắt thiết bị cơng sức người việc điều khiển thiết bị điện - Mạch cảm biến ánh sáng ứng dụng nhiều loại thiết bị đèn đường, đèn ngủ, quạt thơng gió… 1.2 Nhiệm vụ Nội dung 1: Tìm hiểu transistor NPN (C1815) Nội dung 2: Tìm hiểu Relay Nội dung 3: Tìm hiểu linh kiện khác (điện trở, quang trở, biến trở) - nội dung cần tìm hiểu: - Cấu tạo - Nguyên lý hoạt động - Linh kiện thực tế Nội dung 4: Thiết kế hoàn thiện mạch cảm biến ánh sáng - Thiết kế sơ đồ nguyên lý - Mô đánh giá Proteus - Mô đánh giá breadboard - Thiết kế mạch in Altium - Hoàn thiện mạch in 1.3 Phân cơng cơng việc nhóm ST T Nhiệm vụ Lựa chọn đề tài Thiết kế mạch Mua linh kiện Hoàn thiện mạch in Hồn thiện báo cáo, slide thuyết trình Thành viên Trương Mạnh Hùng, Đoàn Quang Anh Trương Mạnh Hùng Đoàn Quang Anh, Nguyễn Như Hiếu Trương Mạnh Hùng, Đoàn Quang Anh Trương Mạnh Hùng, Đoàn Quang Anh, Nguyễn Như Hiếu PHẦN TÌM HIỂU LINH KIỆN 2.1 Transistor C1815 Giới thiệu: Transistor C1815 linh kiện bán dẫn, có vai trị van cách li điều chỉnh dịng điện, điện áp mạch Nó thiết kế để khuếch đại tần số âm OSC tần số cao Điện áp sở thu bóng bán dẫn 50V dễ dàng sử dụng mạch sử dụng 50V DC Dịng thu bóng bán dẫn 150mA điều khiển tải giới hạn 150mA Hình 1: Transistor C1815 Cấu tạo: Hình 2: Cấu tạo transistor NPN Hình 3: Sơ đồ chân C1815 Transistor gồm lớp bán dẫn ghép với hình thành hai mối tiếp giáp N-P, tương đương với hai Diode đấu ngược chiều Ba lớp bán dẫn nối thành ba cực , lớp gọi cực gốc ký hiệu B (Base), lớp bán dẫn B mỏng có nồng độ tạp chất thấp Hai lớp bán dẫn bên nối thành cực phát (Emitter) viết tắt E, cực thu hay cực góp (Collector) viết tắt C, vùng bán dẫn E C có loại bán dẫn loại N có kích thước nồng độ tạp chất khác nên khơng hốn vị cho Ngun lý hoạt động: Khi đặt điện chiều vào chân B (điện kích hoạt) chân E-C thơng dây dẫn bình thường ngược lại 2.2 Relay Giới thiệu: Relay công tắc chuyển mạch hoạt động điện Dòng điện chạy qua cuộn dây relay tạo từ trường hút lõi sắt non làm thay đổi cơng tắc chuyển mạch Dịng điện qua cuộn dây bật tắt, rơ-le có hai vị trí chuyển mạch qua lại Relay sử dụng phổ biến bo mạch điều khiển tự động, chuyên dụng để đóng cắt dòng điện lớn mà hệ thống mạch điều khiển khơng thể trực tiếp can thiệp người ta sử dụng rơ le để đóng cắt dịng điện cao Rơ le có nhiều hình dáng kích thước chân cắm khác Trong đồ án sử dụng Relay 5VDC chân Hình 4: Relay 5V DC Cấu tạo: Relay gồm nam châm điện (1), cần dẫn động (2) ngõ vào (3) Khi có dịng điện chạy cuộn dây nam châm điện (1), làm đổi mạch lối từ ngõ “thường đóng” (NC) sang ngõ “thường mở” (NO) Các đổi mạch có lắp lẫy lị xo để q trình đóng cắt diễn dứt khốt Hình 5: Cấu tạo relay Nguyên lý hoạt động: Khi không cấp nguồn điện áp định mức chạy qua cuộn hút, cuộn hút trở thành nam châm điện tạo từ trường có lực hút lẫy tiếp điểm, làm chuyển mạch từ tiếp điểm thường đóng sang tiếp điểm thường mở Hình 6: Ngun lý hoạt động relay 2.3 Quang trở Giới thiệu: Quang trở gọi điện trở quang, điện trở thay đổi giá trị theo cường độ ánh sáng Hình 7: Quang trở Quang trở làm chất bán dẫn có trở kháng cao khơng có tiếp giáp Trong bóng tối, quang trở thường có điện trở lên vài MΩ Cịn có ánh sáng chiếu vào giá trị điện trở giảm xuống mức vài trăm Ω Cấu tạo: Quang trở gồm phần phần phần màng kim loại đấu nối với thông qua đầu cực Linh kiện thiết kế theo cách cung cấp diện tích tiếp xúc tối đa với màng kim loại đặt hộp nhựa giúp tiếp xúc với ánh sáng cảm nhận thay đổi cường độ ánh sáng 12 PHẦN THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN 3.1 Yêu cầu thiết kế - Nguồn điện: 9-12V DC - Tự động bật/tắt theo ánh sáng môi trường với cảm biến ánh sáng (quang trở) - Sử dụng relay để điều khiển thiết bị điện độc lập, không phụ thuộc vào mạch cảm biến 3.2 Phân tích thiết kế Chọn nguồn điện phù hợp: Nguồn điện 9-12V DC - Không dùng biến áp, giúp mạch nhỏ gọn gàng Ưu điểm - Thích hợp với điều khiển thiết bị điện áp thấp chiều - Khơng thích hợp với điều khiển thiết bị điện áp xoay Nhược điểm chiều 220V AC - Thích hợp với điều khiển thiết bị điện áp xoay chiều - Dùng biến áp làm mạch to cồng kềnh - Khơng thích hợp với điều khiển thiết bị điện áp thấp chiều Để thuận tiện sử dụng phù hợp với đề tài môn học này, chọn nguồn 9-12V DC Cách thức đóng ngắt thiết bị điện (tải): Loại trở Trực tiếp qua Transistor - Phù hợp với thiết bị công suất nhỏ điện áp thấp Ưu điểm - Tải phụ thuộc vào nguồn - Khi tải có cố, mạch Nhược điểm bị ảnh hưởng - Quá trình ngắt khơng dứt khốt Chọn cách đóng ngắt qua Relay - Gián tiếp qua Relay Phù hợp với thiết bị công suất lớn điện áp cao Điều khiển tải độc lập, không phụ thuộc vào mạch cảm biến Q trình ngắt dứt khốt Kích thước mạch lớn 13 3.3 Sơ đồ khối Khối điều khiển Khối cảm biến Khối thực thi Khối nguồn Khối nguồn cấp điện áp cho khối lại mạch hoạt động Khối cảm biến nhận biết ánh sáng môi trường, đưa tín hiệu vào Khối xử lý điều khiển Khối điều khiển nhận tín hiệu từ Khối cảm biến xử lý điều khiển relay Khối thực thi Khối thực thi relay chuyển tiếp điểm thường đóng tiếp điểm thường mở để đóng cắt, chuyển mạch dịng điện 3.4 Thiết kế mạch điện Khối nguồn: Hình 11: Sơ đồ nguyên lý Khối nguồn Cấp điện áp dương đầu vào qua chân IC 7805 lấy điện áp +5V qua chân Chân nối âm chung Tụ C1 C2 để lọc điện áp đầu vào cho IC 7805, tụ C1 có tác dụng cung cấp điện áp tạm thời cho IC nguồn đột ngột bị sụt áp, tụ C2 có tác dụng ngăn nguồn đầu vào tăng áp đột ngột làm dạng sóng điện áp đầu vào có hình cưa Đèn LED D2 sáng báo hiệu mạch cấp nguồn Tụ C3 C4 để lọc điện áp cấp cho tải tiêu thụ lấy từ IC 7805, tụ C4 có tác dụng cung cấp điện áp tạm thời cho tải tải đột ngột bị sụt áp, tụ C3 có 14 tác dụng lọc nhiễu điện áp đầu (nhiễu điện áp khơng mong muốn làm cho dạng sóng điện áp ngõ có hình cưa) Trong thực tế, IC 7805 dễ toả nhiệt nên cần gắn thêm tản nhiệt cho IC để mạch hoạt động ổn định lâu dài Hình 12: Sơ đồ nguyên lý Khối cảm biến, Khối điều khiển Khối thực thi Khối cảm biến: Quang trở LDR1 có tác dụng cảm biến ánh sáng, nhận biết thay đổi ánh sáng môi trường Khối điều khiển: Transistor Q1 điều khiển dịng điện cách: Khi khơng có ánh sáng, quang trở LDR1 có trị số lớn, ngăn dịng điện đến cực B transistor Q1 ⇨ khơng có điện kích hoạt ⇨ Q1 khơng thơng nên cuộn hút relay RL1 khơng hoạt động Khi có ánh sáng, quang trở LDR1 có trị số gần nên có dịng điện đến cực B transistor Q1 ⇨ có điện kích hoạt ⇨ Q1 thơng nên cuộn hút relay RL1 hoạt động Khối thực thi: Cuộn hút relay RL1 hoạt động có dịng điện qua, làm chuyển mạch từ tiếp điểm thường đóng sang tiếp điểm thường mở 15 Do relay có cuộn hút nên tắt nguồn sinh dịng điện cảm ứng có chiều ngược lại đánh trở lại relay nên phải có diode D1 để chặn lại dịng 16 Hình 13: Sơ đồ ngun lý tồn mạch 3.5 Mơ Mơ phần mềm Proteus: Sau hoàn thành việc thiết kế chi tiết khối mơ mạch phần mềm Proteus, giúp tìm sai lầm thiết kế sửa lại chúng 17 Hình 14: Mơ khơng có ánh sáng Proteus Hình 15: Mơ có ánh sáng Proteus Kết mô phỏng: Mạch hoạt động theo lý thuyết, Relay hoạt động theo ánh sáng môi trường Mô thành công Mô Breadboard: Sau mô mạch thành công Proteus, ta lắp linh kiện theo sơ đồ nguyên lý Breadboard ST T 10 11 12 13 Tên linh kiện, công cụ Breadboard Nguồn điện 12V IC 7805 Tụ hóa 1000µF/16V Tụ gốm 104 Trở 220Ω LED đục 5mm Quang trở Trở 1MΩ Transistor C1815 Diode Relay 5VDC Dây cắm test board Số lượng Đơn vị 1 2 1 1 20 Cái Cái Cái Cái Cái Cái Cái Cái Cái Cái Cái Cái Dây 18 Bảng 1: Linh kiện, công cụ sử dụng để thử nghiệm 19 Quy trình kiểm tra mạch breadboard: Thành cơng Mua linh kiện Mạch chạy Kiểm tra linh kiện Sai Hiệu chỉnh (giá trị, loại) Đúng Lắp linh kiện theo sơ đồ nguyên lý kết nối nguồn Mạch không chạy Kiểm tra mạch Hình 16: Mơ có ánh sáng Breadboard