Đề tài: Thiết kế mạch báo động khi có khói GVHD: Nguyễn Thị Thu Hà
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ
0O0

BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Đề tài: THIẾT KẾ MẠCH BÁO ĐỘNG KHI CÓ KHÓI
Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thị Thu Hà
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Quang Hưng - Nguyễn Xuân Quý
Lớp : Liên thông CĐ – ĐH Điện tử 1K4
Sinh viên: Nguyễn Quang Hưng – Nguyễn Xuân Quý LT CĐ-ĐH Điện tử 1K4
1
Hà Nội, tháng 03/2012
Đề tài: Thiết kế mạch báo động khi có khói GVHD: Nguyễn Thị Thu Hà
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên
tiến đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát triển của kỹ
thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự
chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho
hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày càng cao hơn, Điện tử đang trở thành
một ngành khoa học đa nhiệm vụ.
Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành, lĩnh
vực khác nhau cho đến nhu cầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hàng
ngày. Một trong những ứng dụng của rất quan trọng của ngành công nghệ điện tử
là các mạch cảm biến với các linh kiện tích hợp cao. Mạch cảm biến được ứng
dụng rất nhiều trong công nghiệp và các lĩnh vực khác trong cuộc sống với những
thiết bịđiều khiển từ xa rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tế thật cao.
Xuất phát từ những ứng dụng đó, chúng em xin làm đề tài: “Thiết kế mạch
báo động khi có khói”. Đề tài chúng em thực hiên gồm 03 phần:
Phần 1: Nguyên tắc thiết kế, sơ đồ khối
Phần 2: Phân tích, thiết kế các khối

I. NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ
Mạch cảm biến khói thường được sử dụng trong các hệ thống báo động tiên
tiến. Hầu hết các thiết bị này sử dụng chuyên nghiệp khí-dò, ion hóa phòng
hoặc các yếu tố phóng xạ như các cảm biến. Có hai cách cơ bản để thiết kế bộ
Sinh viên: Nguyễn Quang Hưng – Nguyễn Xuân Quý LT CĐ-ĐH Điện tử 1K4
3
Đề tài: Thiết kế mạch báo động khi có khói GVHD: Nguyễn Thị Thu Hà
cảm biến khói:
- Cách thứ nhất sử dụng nguyên tắc ion hóa. Người ta sử dụng một lượng nhỏ
chất phóng xạ để ion hóa trong bộ cảm biến. Không khí bị ion hóa sẽ dẫn điện
và tạo thành một dòng điện chạy giữa hai cực đã được nạp điện. Khi các phần
tử khói lọt vào khu vực cảm nhận được ion hóa sẽ làm tăng điện trở trong
buồng cảm nhạn và làm giảm luồng điện giữa hai cực. Khi luồng điện giảm
xuống tới một giá trị nào đó thì bộ cảm biến phát hiện và phát tín hiệu báo
động.
- Cách thứ hai sử dụng các linh kiện thu phát quang. Người ta dung linh kiện
phát quang (LED, LED hồng ngoại…) chiếu một tia ánh sang qua vùng bảo
vệ vào một linh kiện thu quang (photo diode, quang trở, photo transistor…).
Khi có cháy xảy ra hoặc khi có người hút thuốc trong phòng thì ở khu vực đó
sẽ xuất hiện khói với mật độ cao. Khi có cháy, khói đi ngang qua vùng bảo vệ
sẽ che chắn hoặc làm giảm cường đọ ánhh sáng chiếu vào linh kiện thu. Khi
cường độ giảm xuống tới một giá trị nào đó thì bộ cảm biến sẽ phát hiện và
phát tín hiệu báo động.
- Trong hai cách này thì phương pháp thứ nhất nhạy hơn và hiệu quả hơn nhưng
khó thực thi và lắp đặt. Còn cách thứ hai tuy ít nhạy hơn nhưng linh kiện dễ
kiếm và dễ thực thi. Lợi dụng đặc điểm này chúng em chọn cách hai để thiết
kế mạch cảm biến khói và sử dụng bộ phận thu phát chính là cảm biến hồng
ngoại.
II. SƠ ĐỒ KHỐI
Sinh viên: Nguyễn Quang Hưng – Nguyễn Xuân Quý LT CĐ-ĐH Điện tử 1K4

5
Đề tài: Thiết kế mạch báo động khi có khói GVHD: Nguyễn Thị Thu Hà
- Biến áp: Biến đổi điện áp xoay chiều 220v thành điện áp xoay chiều 12v
- Cầu chỉnh lưu: Chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều, sử dụng
-
- Mạch lọc: Sau khi chỉnh lưu ta thu được điện áp một chiều nhấp nhô, nếu
không có tụ lọc thì điện áp nhấp nhô này chưa thể dùng được vào các mạch
điện tử , do đó trong các mạch nguồn, ta phải lắp thêm các tụ lọc có trị số từ
vài trăm µF đến vài ngàn µF vào sau cầu Diode chỉnh lưu.
- IC ổn áp: KA7805:
- Chân 1: Chân nguồn đầu vào; Đây là chân cấp nguồn đầu vào cho 7805 hoạt
động. Giải điện áp cho phép đầu vào lớn nhất là 40v. Điện áp vào phải nằm
trong dải 8v-40v, nếu dưới 8v mạch ổn áp không còn tác dụng
- Chân 2: Chân GND
- Chân 3: Điện áp ra ổn định 5v (4,75v – 5.25v)
II. KHỐI CẢM BIẾN
Sinh viên: Nguyễn Quang Hưng – Nguyễn Xuân Quý LT CĐ-ĐH Điện tử 1K4
6
Đề tài: Thiết kế mạch báo động khi có khói GVHD: Nguyễn Thị Thu Hà
1. Hiện tượng quang dẫn:
- Một số chất bán dẫn là chất cách điện khi không bị chiếu sáng và trở
thành chất dẫn điện khi bị chiếu sáng. Hiện tượng giảm mạnh điện trở của
chất bán dẫn khi bị chiếu sáng gọi là hiện tượng quang dẫn.
- Trong hiện tượng quang điện, khi có ánh sáng thích hợp chiếu
vào Katot của tế bào quang điện thì electron sẽ bị bật ra khỏi Katot. Vì vậy,
hiện tượng này còn gọi là hiện tượng quang điện ngoài (hay hiện tượng quang
điện bên ngoài).
- Trong hiện tượng quang dẫn, mỗi photon của ánh sáng kích thích khi bị hấp
thụ sẽ giải phóng một electron liên kết để nó trở thành một electron tự
do chuyển động trong khối chất bán dẫn đó. Các electron liên kết khi được

Quang transistor có một thấu kính trong suốt để tập trung ánh sáng vào nối P-
N giữa thu và nền.
- Khi cực nền để hở, nối nền-phát được phân cực thuận chút ít do các dòng điện
rỉ (điện thế V
BE
lúc đó khoảng vài chục mV ở transistor Si) và nối thu-nền
được phân cực nghịch nên transistor ở vùng tác động.
- Vì nối thu-nền được phân cực nghịch nên có dòng rỉ I
co
chạy giữa cực thu và
cực nền. Vì cực nền bỏ trống, nối nền-phát được phân cực thuận chút ít nên
dòng điện cực thu là I
co
(1+β). Đây là dòng tối của quang transistor.
- Khi có ánh sáng chiếu vào mối nối thu nền thì sự xuất hiện của các cặp điện tử
và lỗ trống như trong quang diod làm phát sinh một dòng điện I
λ
do ánh sáng
nên dòng điện thu trở thành: I
C
=(β+1)(I
co
+I
λ
)
Sinh viên: Nguyễn Quang Hưng – Nguyễn Xuân Quý LT CĐ-ĐH Điện tử 1K4
8
Đề tài: Thiết kế mạch báo động khi có khói GVHD: Nguyễn Thị Thu Hà
- Như vậy, trong quang transistor, cả dòng tối lẫn dòng chiếu sáng đều được
nhân lên (β+1) lần so với quang diod nên dễ dàng sử dụng hơn. Hình trên

10
Đề tài: Thiết kế mạch báo động khi có khói GVHD: Nguyễn Thị Thu Hà
- Sử dụng bộ khuếch đại thuật toán thứ 1
 Chân 2 được phân áp nhờ VR 10k, nếu dung nguồn 5v thì điện áp chân 2
khoảng 2,5v. Biến trở VR có tác dụng chỉnh độ nhạy của LM358
 Chân 3: điện áp vào để so sánh
- Nếu điện áp tại chân 2 > điện áp chân 3 thì đầu ra tại chân 1 có mức logic 0 và
ngược lại
- Nguồn 1 chiều 5v được cấp vào chân 8 và 4 của mạch
IV. KHỐI TẠO TRỄ
- Vì tín hiệu đầu vào (khói) không ổn định, nên tín hiệu báo động trước khi đưa
ra khối báo động cần qua khối tạo trễ. Tín hiệu đầu vào ổn định (khói nhiều)
thì mới có báo động.
1. Zole cấp nguồn cho IC 555 và 4017
Sinh viên: Nguyễn Quang Hưng – Nguyễn Xuân Quý LT CĐ-ĐH Điện tử 1K4
11
Đề tài: Thiết kế mạch báo động khi có khói GVHD: Nguyễn Thị Thu Hà
 Nguyên tắc hoạt động của mạch: Khi có tín hiệu báo động, Q1 dẫn, có dòng
chạy qua cuộn hút của Rơle, làm cho tiếp điểm 2,3 và 5,6 đóng lại. Cấp nguồn
5v cho IC555 và IC 4017
 Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của Rơle
- Rơle là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi
tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định. Rơle là thiết bị điện dùng để đóng
cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện
động lực.
- Các bộ phận (các khối) chính của rơle gồm :
 Cơ cấu tiếp thu (khối tiếp thu): Có nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đầu
vào và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho
khối trung gian.
 Cơ cấu trung gian (khối trung gian): Làm nhiệm vụ tiếp nhận những tín

cho phép truyền qua). Ptđ là công suất cuộn dây nam châm hút.
Các loại rơle khác nhau thì Knh và Kđk cũng khác nhau.
 Thời gian tác động
Là thời gian kể từ thời điểm cung cấp tín hiệu cho đầu vào, đến lúc cơ cấu
chấp hành làm việc. Với rơle điện từ là quãng thời gian cuộn dây được
cung cấp dòng (hay áp) cho đến lúc hệ thống tiếp điểm đóng hoàn toàn
(với tiếp điểm thường mở) và mở hoàn toàn (với tiếp điểm thường đóng).
Các loại rơle khác nhau ttđ cũng khác nhau.
+ttđ < 1.10
-3
[s] : rơle không quán tính.
+ttđ = (150).10
-3
[s]: rơle tác động nhanh.
+ttđ > 150.10-3[s]: rơle thời gian.
- Trong mạch ta sử dụng Role điện từ
 Nguyên lí làm việc: Sự làm việc của loại rơle này dựa trên nguyên lí điện
từ. Xét một rơle như hình minh họa. Khi cho dòng điện i đi vào cuộn dây
của nam châm điện thì nắp sẽ chịu một lực hút F. Lực hút điện từ đặt vào
nắp :
Sinh viên: Nguyễn Quang Hưng – Nguyễn Xuân Quý LT CĐ-ĐH Điện tử 1K4
14
Đề tài: Thiết kế mạch báo động khi có khói GVHD: Nguyễn Thị Thu Hà
 Khi dòng điện vào cuộn dây i > Itđ (dòng điện tác động) thì lực F hút nắp
và khi lực F tăng thì khe hở giảm làm đóng tiếp điểm (do tiếp điểm được
gắn với nắp). Khi dòng điện Itv (dòng trở về) thì lực lò xo F
LX
> F (lực điện
từ) và rơle nhả.
2. Bộ tạo trễ: Dùng IC 555 và 4017

trong khoảng từ (0.35 ->0.75V) .
 Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái ra. Khi chân số 4 nối
masse thì ngõ ra ở mức thấp. Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng
thái ngõ ra tùy theo mức áp trên chân 2 và 6.Nhưng mà trong mạch để tạo
được dao động thường hay nối chân này lên VCC.
 Chân số 5 (CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn
trong IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho
Sinh viên: Nguyễn Quang Hưng – Nguyễn Xuân Quý LT CĐ-ĐH Điện tử 1K4
16
Đề tài: Thiết kế mạch báo động khi có khói GVHD: Nguyễn Thị Thu Hà
nối GND. Chân này có thể không nối cũng được nhưng mà để giảm trừ
nhiễu người ta thường nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ
0.01uF đến 0.1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn được ổn
định.
 Chân số 6 (THRESHOLD): là một trong những chân đầu vào so sánh điện
áp khác và cũng được dùng như 1 chân chốt.
 Chân số 7 (DISCHAGER): có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và
chịu điều khiển bỡi tầng logic của chân 3 .Khi chân 3 ở mức áp thấp thì
khóa này đóng lại.ngược lại thì nó mở ra. Chân 7 tự nạp xả điện cho 1
mạch R-C lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động .
 Chân số 8 (Vcc): Không cần nói cũng bít đó là chân cung cấp áp và dòng
cho IC hoạt động. Không có chân này coi như IC chết. Nó được cấp điện
áp từ 2V >18V
- Thiết kế mạch sử dụng IC LM555:
- Khi cấp nguồn cho mạch, điện áp chân 2 (v-) nhỏ hơn chân 3(v+), ngõ ra của
Op-amp 1 ở mức 1 nên S=1,Q=1, ngõ ra của IC ở mức tích cực. Lúc này, đầu
ra [-Q] ở mức thấp, transistor vẫn khoá, dòng điện từ dương nguồn được tiếp
tục nạp cho tụ C 1 qua điện trở r1, r2, các FF giữ nguyên trạng thái. Khi tụ C
tiếp tục được nạp, Op-amp 2 có v+ lớn hơn v- =2/3 Vcc ,R=1 nên Q=0, ngõ ra
của IC ở mức tích cực 0. Lúc này, transistor mở do được phân cực thuận, Op-

1. Sử dụng transistor C1815 làm việc ở chế độ đóng cắt: Khi có tín hiệu báo
động đưa vào cực B của C1815 làm C1815 dẫn, có dòng qua chuông điện tử,
chuông điện tử kêu.
 Cấu tạo của Transistor
- Transistor gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp P-
N , nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận , nếu ghép theo thứ tự
NPN ta được Transistor ngược. về phương diện cấu tạo Transistor tương
đương với hai Diode đấu ngược chiều nhau .
- Cấu tạo Transistor
Sinh viên: Nguyễn Quang Hưng – Nguyễn Xuân Quý LT CĐ-ĐH Điện tử 1K4
20
Đề tài: Thiết kế mạch báo động khi có khói GVHD: Nguyễn Thị Thu Hà
- Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực , lớp giữa gọi là cực gốc ký hiệu là B
( Base ), lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp.
- Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát ( Emitter ) viết tắt là E,
và cực thu hay cực góp ( Collector ) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có
cùng loại bán dẫn (loại N hay P ) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất
khác nhau nên không hoán vị cho nhau được.
 Nguyên tắc hoạt động của Transistor NPN .
- Ta cấp nguồn một chiều UCE vào hai cực C và E trong đó (+) nguồn vào cực
C và (-) nguồn vào cực E.
- Cấp nguồn một chiều UBE đi qua công tắc và điện trở hạn dòng vào hai cực B
và E , trong đó cực (+) vào chân B, cực (-) vào chân E.
- Khi công tắc mở , ta thấy rằng, mặc dù hai cực C và E đã được cấp điện
nhưng vẫn không có dòng điện chạy qua mối C E (lúc này dòng IC = 0)
Sinh viên: Nguyễn Quang Hưng – Nguyễn Xuân Quý LT CĐ-ĐH Điện tử 1K4
21
Đề tài: Thiết kế mạch báo động khi có khói GVHD: Nguyễn Thị Thu Hà
- Khi công tắc đóng, mối P-N được phân cực thuận do đó có một dòng điện
chạy từ (+) nguồn UBE qua công tắc => qua R hạn dòng => qua mối BE về

dụng nhưng chúng đều có một nguyên lý chung đó là dùng từ trường để tạo ra
những tác động cơ học đến các thiết bị tạo âm thanh.
- Bộ phận chính trong mọi chuông điện chính là một nam châm điệm. Nam
châm điện có cấu tạo chính là một cuộn dây điện quấn quanh một lõi kim loại
từ tính như sắt hay thép.
- Chúng hoạt động trên nguyên lý như sau: Khi có dòng điện đi qua cuộn dây
chúng sẽ tạo ra một từ trường trong lõi kim loại. Cuộn dây sẽ khuếch đại từ
trường này và khi đó nam châm điện có thể hút các vật chất bằng sắt thép
xung quanh nó giống như một nam châm vĩnh cửu thông thường.
- Mạch chuông điện là một mạch tự gián đoạn. Một mạch chuông đơn giản nhất
bao gồm các chi tiết cơ bản (theo sơ đồ) sau: mạch điện mắc nối tiếp với một
lá sắt qua một tiếp điểm. Một đầu lá sắt gắn với đầu gõ chuông, đầu kia nối
với một lá thép đàn hồi được cố định bởi chốt kẹp. Nam châm điện được gắn
vào hai đầu dây dẫn sao cho vị trí của nó có thể hút được lá sắt. Tất cả tạo
thành một mạch khép kín.
-
Sinh viên: Nguyễn Quang Hưng – Nguyễn Xuân Quý LT CĐ-ĐH Điện tử 1K4
24
Đề tài: Thiết kế mạch báo động khi có khói GVHD: Nguyễn Thị Thu Hà
Sinh viên: Nguyễn Quang Hưng – Nguyễn Xuân Quý LT CĐ-ĐH Điện tử 1K4
25