TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO
MẠCH CHỐNG TRỘM DÙNG TIA HỒNG NGOẠI
Sinh viên thực hiện:
CAO VĂN PHÚC
Lớp 48K ĐTVT
Giảng viên hướng dẫn:
TS. LƯU TIẾN HƯNG
NGHỆ AN, 01-2012
1
LỜI CẢM ƠN
Đề tài được thực hiện tại trường Đại Học Vinh, dưới sự hướng dẫn của
thầy giáo – TS. Lưu Tiến Hưng. Qua đây tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới
thầy đã nhiệt tình, hướng dẫn, giúp đỡ, động viên tác giả trong suốt thời gian
hoàn thành đồ án.
1.3.2. Transitor lưỡng cực.................................................................26
1.4. Một số linh kiện quan trọng sử dụng trong đề tài..............................37
1.4.1. IC NE 555................................................................................37
1.4.2. LED thu phát hồng ngoại........................................................40
1.4.3. IC ổn áp 7805_IC ổn áp 5V.....................................................40
1.5. Giới thiệu về tia hồng ngoại...............................................................42
1.5.1. Khái niệm................................................................................42
1.5.2. Nguyên lý thu phát hồng ngoại...............................................43
1.5.3. Nguyên tắc thu phát hồng ngoại..............................................43
a. Sơ đồ khối mạch phát hồng ngoại.............................................44
b. Sơ đồ khối mạch thu hồng ngoại..............................................44
1.6. Kết luận chương I...............................................................................45
Chương II: THIẾT KẾ MẠCH CHỐNG TRỘM VÀ THỰC NGHIỆM
2.1. Nguyên lý hoạt động của mạch thu phát hồng ngoại.........................46
3
2.1.1. Nguyên lý hoạt động của mạch phát hồng ngoại....................46
2.1.2. Nguyên lý hoạt động của mạch thu hồng ngoại......................48
2.2. Thiết kế mạch chống trộm..................................................................50
2.2.1. Sơ đồ khối của mạch...............................................................50
2.2.2. Nguyên lý hoạt động...............................................................50
a. Khối nguồn................................................................................52
b.Khối phát...................................................................................52
c.Khối thu.....................................................................................52
d.Loa phát tín hiệu........................................................................52
2.3. Một số kết quả đạt được.....................................................................53
2.4. Kết luận chương II..............................................................................56
Kết luận............................................................................................................57
Tài liệu tham khảo..........................................................................................58
5
Hình 1.24. Minh họa sự hoạt động của photo diode.........................................28
Hình 1.25. Một số loại Transitor.......................................................................28
Hình 1.26. Cấu tạo của Transitor......................................................................29
Hình 1.27. Mạch khảo sát về nguyên tắc hoạt động của transistor NPN..........30
Hình 1.28. Transistor công suất nhỏ................................................................32
Hình 1.29. Transistor công suất lớn..................................................................33
Hình 1.30. Cấu tạo của Transistor....................................................................33
Hình 1.31. Một số loại Transitor số..................................................................34
Hình 1.32. Minh hoạ ứng dụng của Transistor Digital....................................35
Hình 1.33. Hình dạng thực tế và sơ đồ chân IC NE555...................................37
Hình 1.34. Nguyên lý hoạt động của IC NE555N...........................................38
Hình 1.35. Led hồng ngoại và mắt thu.............................................................40
Hình 1.36. Sơ đồ chân IC ổn áp 7805..............................................................41
Hình 1.37. Sơ đồ khối phát hồng ngoại............................................................43
Hình 1.38. Sơ đồ khối thu hồng ngoại.............................................................44
Hình 2.1. Sơ đồ khối mạch phát tín hiệu...........................................................46
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý mạch phát tín hiệu.................................................47
Hình 2.3. Sơ đồ mạch in mạch phát..................................................................47
Hình 2.4. Sơ đồ khối mạch thu tín hiệu............................................................48
Hình 2.5. Sơ đồ mạch điều khiển mạch thu......................................................49
Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý mạch thu tín hiệu...................................................50
Hình 2.7. Sơ đồ mạch in mạch thu...................................................................50
Hình 2.8. Sơ đồ khối mạch chống trộm dùng hồng ngoại...............................51
Hình 2.9. Mạch nguồn.......................................................................................52
Hình 2.10. Sơ đồ mạch phát mô phỏng bằng phần mềm proteus....................53
6
khiển từ xa bằng hồng ngoại. Sử dụng hồng ngoại được ứng dụng rất nhiều
trong công nghiệp và các lĩnh vực khác trong cuộc sống với những thiết bị điều
khiển từ xa rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tế thật cao .
Xuất phát từ những ứng dụng đó, chúng tôi lựa chọn đề tài cho đồ án tốt
nghiệp của mình là: “Thiết kế và chế tạo mạch chống trộm dùng tia hồng
ngoại”.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là:
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của mạch chống trộm dùng tia hồng ngoại.
- Thiết kế, chế tạo một mạch chống trộm dùng tia hồng ngoại.
Phương pháp nghiên cứu để thực hiện đề tài là kết hợp giữa nghiên cứu lý
thuyết với nghiên cứu thực nghiệm.
Cấu trúc của đồ án, ngoài phần mở đầu, kết luận và các tài liệu tham khảo,
nội dung được trình bày trong hai chương:
Chương I: Cơ sở lý thuyết của mạch chống trộm.
Trong chương này, chúng tôi trình bày tổng quan về hệ thống chống trộm,
sau đó là trình bày về các linh kiện điện tử cần thiết cho đề tài cũng như những
hiểu biết về chống trộm sử dụng tia hồng ngoại.
9
Chương II: Thiết kế mạch chống trộm và thực nghiệm.
Trong chương này chúng tôi thực hiện thiết kế mạch chống trộm trên lý
thuyết đã đưa ra bằng các phần mềm thiết kế mạch và nhìn nhận, phân tích hoạt
động của mạch chống trộm. Sau cùng là chế tạo thử nghiệm mạch chống trộm
dùng hồng ngoại và đưa ra những kết quả đạt được, nhận xét về ưu điểm cũng
như nhược điểm của mạch.
10
báo động khi đi về nhà hoặc chỉ đặt chế độ báo động cho từng khu vực trong
nhà. Bật tắt bằng tay hoặc dùng điều khiển từ xa. Khi xẩy ra báo động có thể tự
quay ra số điện thoại của cá nhân, các đơn vị PCCC, bảo vệ, cảnh sát…
b. Chức năng
Có bàn phím điều khiển bật tắt báo động, lập trình hệ thống.
Hoạt động được 24/24 giờ.
Chống được trường hợp báo động giả.
Báo động được ra nhiều vùng (mỗi vùng tương ứng với một khu vực nhất định).
Chức năng đặt trễ vào, trễ ra để thuận tiện cho việc bật tắt báo động.
Giám sát báo động độc lập cho từng kênh riêng biệt hay cùng lúc cho tất cả.
Có nguồn dự phòng khi cúp điện (như acquy, pin,…)
Nhận biết báo động cho từng khu vực riêng rẽ.
Gắn được các thiết bị ngoại vi báo động như: đầu hồng ngoại, BEAM, báo GAS,
báo khói, báo nhiệt, còi, …
Dùng nguồn điện 220V AC – 50Hz.
Ngày nay trên thị trường có rất nhiều loại mạch chống trộm khác nhau như:
Mạch chống trộm dùng hồng ngoại.
Mạch chống trộm dùng laser.
Mạch chống trộm dùng các loại cảm biến khác nhau.
Ứng dụng của các loại mạch chống trộm này là rất nhiều trong cuộc sống hàng
ngày của chúng ta. Trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp này, chúng tôi chỉ nghiên
cứu và chế tạo thử nghiệm mạch chống trộm dùng hồng ngoại.
Sau đây chúng tôi trình bày một số linh kiện thường được dùng trong các
loại mạch chống trộm và các linh kiện trong mạch chúng tôi nghiên cứu.
1.2. Linh kiện điện tử thụ động
1.2.1. Điện trở
a. Khái niệm
Điện trở là linh kiện thụ động thường không thể thiếu trong các mạch điện
Đen
Nâu
Đỏ
Giá trị
0
1
2
Cam Vàng
3
4
Lục
Lam
Tím
5
6
• Điện trở dây quấn.
c. Đặc điểm của điện trở
Điện trở làm việc phụ thuộc vào nhiệt độ của nó, do đó trị số thay đổi khi
có dòng chạy qua do có hiện tượng biến đổi năng lượng điện thành năng lượng
nhiệt trên thân điện trở.
Giá trị điện trở còn thay đổi theo thời gian hay trong những điều kiện đặc
biệt theo tần số tín hiệu xoay chiều tác động lên nó.
Khi có hai hay nhiều điện trở R1, R2,...., Rn mắc nối tiếp nhau:
Ta có sơ đồ như hình vẽ 1.4 dưới đây.
Hình 1.4. Mạch điện trở mắc nối tiếp.
Giá trị điện trở tổng cộng được tính theo công thức sau:
Khi đó:
R = R1 + R2 + ... + Rn
(1.2)
I=I1=I2=...=In
(1.3)
U=U1+U2+...+Un
(1.4)
Trong đó: R là điện trở tương đương của đoạn mạch.
R1,R2,...,Rn là các điện trở thuần trong mạch.
16
10
5W
6 ,8
10W
Điện trở thường
Điện trở công suất
Điện trở công suất
(c)
(b)
(c)
Hình 1.6. Hình dạng một số loại điện trở thông dụng.
e. Biến trở
Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý
muốn. Chúng có thể được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động
của mạch điện. Điện trở của thiết bị có thể được thay đổi bằng cách thay đổi
chiều dài của dây dẫn điện trong thiết bị, hoặc bằng các tác động khác như nhiệt
gắn tụ có phân cực vào mạch điện, nếu gắn ngược chiều âm dương, tụ phân cực
có thể bị hư và hoạt động sai. Ngoài ra người ta còn gọi tên tụ điện theo vật liệu
làm tụ, ví dụ: tụ gốm, tụ giấy, tụ hóa... Hình 1.10 là hình ảnh về tụ hóa (a) và tụ
gốm (b).
c. Hình dạng và trị số của tụ điện
18
Hình dạng và trị số của một số loại tụ điện hay gặp được trình bày trên
bảng 1.2 sau đây :
Bảng 1.2. Hình dạng và trị số của một số loại tụ điện hay gặp.
.0 1
50
203
25
104
C = 20.103 pF = 20 nF
C= 0,01
U = 25V
U = 50V
µF
H.7
U = 16V
U = 25V
C = 1000 µ F
Đơn vị của tụ điện là Fara (F), 1 Fara có trị số rất lớn và trong thực tế người
ta thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như :
P(Pico Fara) 1 Pico = 10-12 Fara (viết gọn là 1pF).
N(Nano Fara) 1 Nano = 10-9 Fara (viết gọn là 1nF) .
MicroFarra 1 Micro = 10-6 Fara (viết gọn là 1µF) .
=> 1µF = 1000nF = 106 pF.
e.Cách đọc giá trị của tụ điện
Đọc trực tiếp giá trị của tụ điện được ghi trên thân điện trở, ví dụ 100µF
(100 micro Fara). Nếu là số dạng 103J, 223K, 471J vv... thì đơn vị là pico, hai
số đầu giữ nguyên , số thứ 3 tương ứng số lượng số 0 thêm vào sau ( chữ J hoặc
K ở cuối là ký hiệu cho sai số).
Ví dụ 1:103J sẽ là 10000 pF (thêm vào 3 số 0 sau số 10) = 10 nF.
Ví dụ 2: 471K sẽ là 470 pF (thêm 1 số 0 vào sau 47).
Sau trị số điện dung bao giờ cũng có giá trị điện áp, điện áp ghi trên tụ
chính là điện áp cực đại mà tụ có thể chịu được, vượt qua giá trị này thì tụ điện
19
có thể bị hư hỏng hoặc bị cháy nổ.
f. Đặc điểm tụ điện
Các tụ C1, C2, ..., Cn ghép song song thì điện dung tương đương C của bộ tụ
được xác định bởi công thức :
C = C1 + C 2 + ... + C n
(1.9)
Trong đó : C là tổng giá trị điện dung của mạch.
C1, C2,...,Cn là cá giá trị của các tụ điện có trong mạch.
Ghép tụ hóa nối tiếp thì dương tụ này vào âm tụ kia còn ghép song song thì nối
cùng cực.
1.2.3 Loa điện động
a. Khái niệm
Loa điện động là một thiết bị có thể biến đổi tín hiệu điện thành chuyển
động cơ học để tái tạo âm thanh nằm trong dải tần số từ 16Hz đến 20.000Hz mà
con người có thể nghe được.
21
Hình 1.13. Mô phỏng sơ đồ mạch điện và cấu tạo loa tĩnh điện.
b. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Loa điện động hoạt động dựa trên nguyên tắc một cuộn dây đặt trong một
từ trường mạnh của nam châm. Khi có dòng điện âm tần chạy qua, cuộn dây sẽ
dao động. Do cuộn dây được nối với màng loa nên các dao động này được
truyền ra không khí, tác động vào người nghe.
Dù thuộc thể loại nào thì loa cũng phải có một bộ phận quan trọng gọi là
màng rung (hoặc màng loa). Màng rung là nơi âm thanh được phát ra để đến với
tai người nghe. Tuỳ từng loại loa khác nhau mà nguyên lý làm rung màng rung
là khác nhau.
ngoài. Tại vị trí màng rung được thiết kế buồng khép kín chỉ có một đoạn ống
hình loe ra phía ngoài kéo dài một đoạn, cuối đoạn ống có một đoạn ống cũng
hình loe được úp ngược lại và cuối cùng đoạn loe khép ngược là một vách loa
cuối cùng loe rộng ra ngoài như ta thường thấy.
Loa nén thường được sử dụng nhiều nhất trong việc truyền thông tin đại
chúng (như các đài phát thanh phường, xã), dùng trong các xe cứu thương, cảnh
sát, dùng cầm tay hoặc trang bị trên các xe mô tô cảnh sát.
Loa thông dụng
Loa thông dụng là các loa dùng phát âm thanh thuộc thể loại âm nhạc.
Chúng gồm nhiều thể loại phục vụ riêng cho từng dải tần số khác nhau.
Loa thông dụng thường có các loại màng loa có hình dạng và kích thước khác
nhau cho các dải tần số phát khác nhau. Màng loa có đường kính lớn thường cho
loa trầm và siêu trầm (bass), các màng loa đường kính trung bình cho dải tần số
mức trung bình và các màng loa nhỏ cho các loa có tần số cao (loa treble).
d.Thông số của Loa
Loa điện động thường có các thông số cơ bản sau:
- Điện trở loa: Thường ký hiệu bằng ôm (Ω) xác định bằng điện trở của loa
khi đo ở tần số 1 Khz.
- Công suất danh định: Công suất điện, tính bằng VA hoặc W.
- Dải tần tái tạo.
- Trở kháng loa.
23
- Hệ số sóng hài.
- Áp lực âm tiêu chuẩn trung bình...
1.3. Linh kiện điện tử tích cực
1.3.1. Điode
a. Khái niệm và cấu tạo của diode
Copyright: Tài liệu đại học ©