MỤC LỤC
1
BÁO CÁO ĐỀ TÀI
ĐO KHOẢNG THỜI GIAN GIỮA HAI SỰ KIỆN. ỨNG DỤNG
ĐO KHOẢNG CÁCH KHÔNG PHẢN XẠ
Đặt vấn đề:
Các cảm biến đo khoảng cách được sử dụng để đo khoảng cách từ một điểm tham
chiếu tới một đối tượng. Rất nhiều công nghệ khác nhau đã được ứng dụng để phát triển
các loại cảm biến này, tiêu biểu là ánh sáng/quang học, hình ảnh, vi sóng, và siêu
âm….Cảm biến đo khoảng cách có thể phân thành 2 loại: Tiếp xúc và không tiếp xúc.
Cảm biến đo khoảng cách không tiếp xúc
Cảm biến đo khoảng cách không tiếp xúc là loại cảm biến đo khoảng cách thực từ
điểm tham chiếu tới một đối tượng không thông qua tiếp xúc vật lý. Có ít nhất bảy kỹ
thuật đo khác nhau đươc áp dụng trên các cảm biến này:
 Đo tam giác
 Thời gian truyền
 Đo dịch pha
 Điều biến tần số
 Giao thoa
 Hội tụ quét
 Cường độ tín hiệu trả về
Cảm biến đo khoảng cách không tiếp xúc được phân chia thành hai loại: chủ
động (phát một số dạng năng lượng vào khu vực quan tâm) hoặc thụ động (dựa trên năng
lượng phát ra từ các đối tượng trong khu vực quan tâm). Các thuật ngữ thườngđược sử
dụng như radar (radio direction and ranging), sonar (sound navigation and
ranging), và lidar (light direction andranging) tương ứng với các phương pháp chủ
động dựa trên một số kỹ thuật đo ở trên. Ví dụ, radar sử dụng kỹ thuật thời gian truyền,
đo dịch pha, hoặc điều biến tần số. Sonar thường sử dụng kỹ thuật thời gian truyền do tốc
độ âm thanh đủ chậm để đo bằng các thiết bị điện tử có giá thành thấp. Lidar thường dựa
trên cơ sở kĩ thuật laser sử dụng phép đo thời gian truyền hoặcđo dịch pha.
Với các loại cảm biến tích cực (phản xạ), khoảng cách đo hiệu quả phụ thuộc không

v m s
=
nhanh hơn nhiều so với vận tốc sóng siêu âm (
343 /
s
v m s=
) nên khi
có tín hiệu nhận được từ chân 1.0 của VĐK thì timer của VĐK được kích lên và bắt đầu
đếm, khi nhận được tín hiệu từ chân 1.1 thì timer ngắt. Lúc này ta có khoảng thời gian
t
∆
cũng chính là khoảng thời gian giữa 2 tín hiệu phát-thu của 2 nguồn đã biết trước vận
tốc. Từ đó ta có được khoảng cách tính như sau:
1 1
;
.
c c s s
c s c s
c s c s
c s
c s
h v t v t
h h
t t t t t h
v v v v
t v v
h
v v
= =
⇒ = = ⇒ ∆ = − = −

ứng được sử dụng và làm việc ở chế độ phát xung đơn.
 Phát và thu tín hiệu: Ta dùng LED phát-opto thu hồng ngoại và cặp phát-thu siêu
âm để phát và nhận các tín hiệu.
3.1.3 Khối thu
Tín hiệu các sóng thu khi qua các cảm biến thu thường rất nhỏ nên ta sẽ sử dụng các
OPAM để khuếch đại các tín hiệu lên, sau đó dùng mạch so sách để thu được các xung
cần thiết đưa vào VĐK. OPAMP ở đây ta sử dụng LM324.
3.1.4 Giao tiếp với VĐK
Lựa chọn VĐK:
Chọn mốc thời gian là lúc bắt đầu phát xung tín hiệu, khoảng cách cần đo là 20-80 cm ta
có:
9 9
8 8
3 3
0,2 0,8
0,67.10 2,67.10
3.10 3.10
0,2 0,8
0,583.10 2,332.10
343 343
c c
s s
t t
t t
− −
− −
≤ ≤ ⇒ ≤ ≤
≤ ≤ ⇒ ≤ ≤
7
Ta thấy rằng

- P1.0 Tín hiệu vào hồng ngoại
- P1.1 Tín hiệu vào siêu âm
 Sơ đồ mô tả trạng thái của hệ thống:
8
IV Thiết kế từng khối
4.1 Khối nguồn
Sơ đồ mạch:
9
Tính toán, lựa chọn linh kiện:
Linh kiện:
 Biến áp 220/12AC
 Diode 2A
 2 tụ hóa 1000uF-50V
 2 tụ keo 104pF
 1 LM7805
 1 cầu đấu (cắm nguồn 220VAC)
Mạch điện gồm: Hạ áp, chỉnh lưu, lọc, biến đổi (78xx). Nguồn điện xoay chiều
220VAC-50Hz qua biến áp là hạ áp xuống còn 12VAC và được qua bộ chỉnh lưu nhằm
biến đổi xoay chiều thành một chiều.Thành phần một chiều này có độ gợn nên phải qua
bộ lọc C để san phảng điện áp gợn đó cho ra điện áp 1 chiều.Sau đó điện áp một chiều
này qua bộ ổn áp 78xx cho ra điện áp ổn áp mà mình cần.
Hạ áp:Ở đây chúng ta biến đổi điện áp lưới 220Vac-50Hz xuống còn 12Vac. Mục
đích là cấp đầy vào cho bộ biến đổi và bộ lọc để có điện áp một chiều mong muốn
Chỉnh lưu:Thành phần chỉnh lưu là biến đổi tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu một
chiều thông qua 4 con diode chỉnh lưu. Đây là sơ đồ chỉnh lưu cả chu kì với dạng sóng
đầu vào và đầu ra sau chỉnh lưu như sau:
 Điện áp đầu vào của bộ chỉnh lưu :
12 2 17( )Uv Vdc= =
10
 Điện áp sụt áp trên cầu là :

áp với hoạt động ổn định
 Giải nhiệt độ hoạt động là từ 0 đến 125 độ C. Cần phải tản nhiệt tốt
 Ở điều kiện thường 7805 cho áp ra 5Vdc, dòng không quá 1A.
 Đảm bảo thông số là : Vin - Vout = 2- 3V ( lúc đó mạch mới hoạt động ổn áp
được)
4.2 Khối phát xung đồng bộ
Sơ đồ mạch:
13
Linh kiện:
 2 IC555
 Trở: 2 con 4.7MΩ, 1 con 2.7K, 1 con 470, 2 con 100Ω
 Tụ thường: 1 con 0.01uF, 1 con 0.1uF
 1 con CD4017
 1 con 74HC58
 Led phát, CB phát siêu âm
14
Tính toán, lựa chọn linh kiện:
Đối với mạch IC555, ta có công thức chu kỳ:
1 2 2
T = 0.693(R + 2R )C
 Với IC555 thứ nhất:
Chọn: R1=R2=4.7MΩ, C5=0.1uF ta được chu kỳ T=1(s).
Chân 3 của IC555 thứ nhất được nối qua IC4017 để tạo ra dạng xung có chu kì
bằng 10 lần chu kì của xung đưa vào (10s), và có thời gian xung có giá trị logic cao là
1s.
 Với IC555 thứ hai.
Chọn :
( )
1,443
R3 = 2.7k , R 4 = 470 , C7 = 0.01 F f = 40kHz

325 < R3 < 1090
Ω Ω
. Chọn R3=10kΩ.
16
4.3 Khối thu sóng hồng ngoại
Sơ đồ mạch:
Linh kiện:
 1 con TSOP1740
 1 con LM324
 1 biến trở 10k
 1 con tụ hóa 4.7uF
 Trở, tụ thường
17
TSOP1740:
18
Nguyên lý hoạt động:
Để tín hiệu điện áp vào chân 2 của TSOP1740 ổn định là 5Vcc và không có
nhiễu thì ta mắc điện trở R1 và C1 theo mạch lọc thông thấp để loại bỏ các tín hiệu
nhiễu. Tín hiệu đầu ra 3 được đưa vào chân dương của OP-AMP để so sánh với tín
hiệu đặt, đầu ra OP-AMP đưa vào chân của VĐK.
Tính toán, lựa chọn linh kiện.
Tạo điện áp đặt:
2,5
ref
V V
=
 lựa chọn chiết áp
10kΩ
đặt ở 50%
- Chọn điện trở R2:

µ
µ
= =
Tính điện trở
2, 3:R R
0,2
2 0,17
2 1,2
in in
inmax
inmax
V V mV
I R
R I mA
≤ → ≥ = = Ω →
chọn
2 1R k= Ω
Hệ số khuếch đại không đảo:
3
2
1 22000 3 22000 2 3 22
R
k R R R M
R
= + = → = → = Ω
Khi đó điện áp sau tầng khuếch đại:
3
. 1 0,2 .22000 4,4
2
out in

2 đầu của thạch anh để tạo dao động.
- Thiết kế nút reset.
Quá trình phóng điện của tụ C1 qua R2 khi nhấn nút càng nhanh càng tốt để mau
chóng thiết lập trạng thái logic mong muốn.
Điện áp trên tụ:

2. 1
0 2
1

ln
t
R C
o
t
V e R
V
C
V
−
= → =
 
 ÷
 
Chọn
1
0,1 . 5 .Logic 0
o
C F V V
µ

= Ω
. Thời gian phóng điện:
1 2
0,33C R ms
=
Quá trình nạp tụ phải kéo dài hơn thời gian rung phím. Mức điện áp logic 1 chuẩn
TTL từ 3.3-5V.
21
3
1 2 1
10
24 20,7
5
0.1 .ln
3.3
R R k R k
F
µ
−
+ < = Ω → < Ω
 
 ÷
 
Chọn
1
10R k
= Ω
. Thời gian nạp:
( )
1 1 2