Đề tài Thiết kế mạch điện tử tương tự: mạch cảm biến khói, đặt ở nơi công cộng, khi có người hút thuốc trong phòng thì chuông reo

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ : “ MẠCH CẢM BIẾN KHÓI, ĐẶT Ở NƠI CÔNG CỘNG. KHI CÓ NGƯỜI HÚT THUỐC TRONG PHÒNG THÌ CHUÔNG REO” LỜI NÓI ĐẦU X W Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến của thế giới, chúng ta 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 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 em đã thiết kế một mạch ứng dụng nhỏ đó là mạch cảm biến khói. Vì thời gian, tài liệu và trình độ còn hạn chế nên việc thực hiện đồ án còn nhiều thiếu sót … Kính mong nhận được sự chỉ dẫn và góp ý tận tình của tất cả quý thầy cùng các bạ MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU……………………………………………………………2 PHẦN THIẾT KẾ CHÍNH PHẦN I:NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ VÀ SƠ ĐỒ KHỐI……………...4 I) Nguyên tắc thiết kế ……………..........................................................5 II) Sơ đồ khối …………………………………………….......................5 PHẦN II:SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ, CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI………7 I) Chức năng từng khối………………………………………………….7 II) Sơ đồ khối toàn mạch………………………………………………...8 III) Nguyên lý hoạt động…………………………………………...……9 PHẦN III: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH I) Điện trở ………………………………………………………………11 II) Tụ điện……………………………………………………………….12 III) Transistor……………………………………………………………13 IV) Điot-led…………………………………………………………...…14 V) IC LM1801…………………………………………………………...15 VI) Điot 1N4004………………………………………………………....16 VII) TIC 106M…………………………………………………………...17 VIII) LDR ………………………………………………………………..20 IX) Chuông và HP1………………………………………………………26 PHẦN IV:ĐÁNH GIÁ ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA MẠCH …………….26 PHẦN V:KẾT LUẬN …………………………………………………….28 PHẦN I : NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ VÀ SƠ ĐỒ 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 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 veejvaof một linh kiện thu quang (photo diode, quang trở, photo transistor…). Khi mộ sẽ xuất che chắ giảm xu động. Tron khó thự và dễ th cảm biế II) SƠ Đ t vụ cháy x hiện khói v n hoặc làm ống tới m g hai cách c thi và lắp ực thi. Lợ n khói và Ồ KHÔÍ ảy ra hoặc ới mật độ giảm cườ ột giá trị n này thì ph đặt. Còn i dụng đặc sử dụng bộ MẠCH CẢ khi có ng cao. Khi c ng đọ ánh ào đó thì b ương pháp cách thứ h điểm này phận thu M BIẾN ười hút th ó cháy, kh sáng chiế ộ cảm biế thứ nhất ai tuy ít nh chúng em phát chính KHÓI : uốc trong ói đi ngan u vào linh n sẽ phát h nhạy hơn ạy hơn nh chọn cách là LDRs phòng thì g qua vùn kiện thu. K iện và phá và hiệu qu ưng linh k hai để thi và một LE ở khu vực g bảo vệ s hi cường t tín hiệu b ả hơn như iện dễ kiế ết kế mạch D đó ẽ đọ áo ng m PHẦN II: CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI, SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG I) CHỨC NĂNG TOÀN KHỐI 1) Khối cảm biến : có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu khói thành tín hiệu điện, trong phần thiết kế này ta dùng quang trở. Như ta đã biết hoạt động của quang trở là: khi có ánh sang chiếu vào điện trở của nó giảm đi đáng kể so với khi không được chiếu sáng. 2) Khối ổn định điện áp nguồn Khối nguồn lấy nguồn AC_ 220V từ điện lưới gia đình,dùng biến thế hạ áp xuống 12Vol_AC, khi qua cầu chỉnh lưu được DC_ 12V, dùng IC 7805 ổ áp cung cấp 2 mức điện áp cho toàn mạch là +12vol và +5vol. Hoặc ta cũng có thể lấy trực tiếp sạc điện thoại dùng làm nguồn cho mạch 3) Khối Mạ và đưa r Tro này bao tham ch 4) Khối II) SƠ Đ Sơ đồ khuyếch ch khuyếc a tín hiệu ng đề tài n gồm khối iếu so sán báo động Ồ NGUY nguyên lý đại : h đại có nh điều chế q ày, mạch khuyếch đ h tín hiệu đ : tạo ra â ÊN LÝ : toàn mạc iệm vụ kh ua khối bá khuyếch đ ại thuật to ầu vào vớ m thanh b h : uyếch đại o động để ại được sử án và bộ s i tín hiệu áo động tín hiệu đ phát tín h dụng là IC o sánh so điện một c iện từ bộ c iệu báo độ LM1801 sánh với h hiều. ảm biến k ng. . IC LM18 ai điện áp hói 01 III) NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG : LM1801 là một IC có ứng dụng đặc biệt, được thiết kế đặc biệt cho các máy dò khói, cung cấp cho chúng ta xây dựng mạch này bằng cách sử dụng số lượng tối thiểu của các thành phần. Nó bao gồm một trong những nguồn cung cấp zener nội bộ, hai kết quả đầu ra điện áp tham chiếu, một điện áp so sánh, và điện áp đầu ra transistor là 500mA. Vi mạch được kết nối với nguồn điện trực tiếp. Điot D1 chỉnh lưu nguồn điện xoay chiều và điện trở R7 làm giảm nó đến mức mà các mạch có thể hoạt động với tụ điện C2 ổn định điện áp và zener bên trong IC điều chỉnh nó. Hai LDRs đồng nhất được nối theo kiểu cầu sao cho kết nối này bảo vệ và ngăn chặn những sự thay đổi nhiệt độ và hóa già những hiệu ứng tác động lên mạch. Vì vậy R13 LDR và LED phải được đặt theo một cách sao cho khi có các hạt khói thuốc xâm nhập vào nó sẽ tác động lên bề mặt LDRs và làm giảm ánh sáng trên LDR đồng thời làm thay đổi điện trở của nó. Mặt khác R12 LDR và LED phải được đặt liền kề nhau và không có không khí lưu thông xảy ra. Như vậy khói thuốc lá sẽ không có gây ảnh hưởng đến R12 và điện trở của nó không bị biến đổi. Cách tốt nhất để làm điều đó, là đặt R12 và LED trong một hộp riêng biệt. P1 là điện áp hiệu chuẩn. HP1 là một âm thanh báo động máy phát điện. Dòng điện đầu ra tác động lên hệ thống báo động bên ngoài. Khi thực hiện so sánh và phát hiện sự chênh lệch điện áp giữa hai LDRs nó tác động lên bóng bán dẫn Th1 và kết quả là bắt đầu báo động, PHẦN IV: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH I) Điện trở : Điện trở là một linh kiện có tính cản trở dòng điện và làm một số chức năng khác tùy vào vị trí điện trở trong mạch điện. Cấu tạo: điện trở được cấu tạo từ những vật liệu có điện trở suất cao như làm bằng than, magie kim loại Ni-O2, oxit kim loại, dây quấn. Để biểu thị giá trị điện trở. Người ta dung các vòng màu để biểu thị giá trị điện trở. Ký hiệu: Hình dạng thực tế: Cách đọc trị số điện trở 4 vòng màu: Giá trị điện trở thường được thể hiện qua các vạch màu trên thân điện trở, mỗi màu đại diện cho một số. Màu đen: số 0, màu nâu: số 1, màu đỏ: số 2, màu cam: số 3, màu vàng: số 4, màu lục: số 5, màu lam số 6, màu tím số 7, màu xám: số 8, màu trắng: số 9. Nhìn trên thân điện trở, tìm bên có vạch màu nằm sát ngoài cùng nhất, vạch màu đó và vạch màu thứ hai, kế nó được dùng để xác định trị số của màu.. Vạch thứ ba là vạch để xác định nhân tử lũy thừa: 10(giá trị của màu) . Giá trị của điện trở được tính bằng cách lấy trị số nhân với nhân tử lũy thừa Giá trị điện trở = trị số x nhân tử lũy thừa) - Phần cuối cùng: (không cần quan tâm nhiều)làvạch màu nằm tách biệt với ba vạch màutrước, thường có màu hoàng kim hoặc màubạc, dùng để xác định sai số của giá trị điệntrở, hoàng kim là 5%, bạc là 10%. Ở đây chúng ta sử dụng điot 1N4004 II) Tụ điện: Tụ điện là linh kiện có khả năng tích điện. Tụ điện cách điện với dòng điện một chiều và cho dòng điện xoay chiều truyền qua. Tụ điện được chia làm hai loại chính: loại không phân cực và loại có phân cực. Loạicó phân cực thường có giá trị lớn hơn loại không phân cực, trên hai chân của loại phân cực có phân biệt chân nối âm, nối dương rõ ràng, khi 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 dạng: tụ điện có khá nhiều hình dạng khác nhau. Kí hiệu: được kí hiệu là C Biểu tượng trên mạch điện: Đơn vị của tụ điện - Đơn vị của tụ điện là Fara, 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 = 1/1000.000.000.000 Fara (viết gọn là 1pF) + N(Nano Fara) 1 Nano = 1/1000.000.000 Fara (viết gọn là 1nF) + MicroFarra 1 Micro = 1/1000.000 Fara (viết gọn là 1µF) => 1µF = 1000nF = 1.000.000 Pf III) Tranzitor: Kí hiệu : transistor NPN Transistor PNP Cấu tạo: bởi 2 tiếp xúc P-N ghép liên tiếp gồm các vùng bán dẫn loại P và N xếp xen kẽ nhau, vùng giữa có tính chất dẫn điện khác với 2 vùng lân cận và có bề rộng rất mỏng khoảng 10A0 m đủ nhỏ để tạo lên tiếp xúc P-N gần nhau. Nếu vùng giữa là N ta có transistor PNP, ngược lại nếu vùng giữa là vùng P ta có transistor NPN. IV) Diode_Led -Diode thường -Led quang: Ở quang trở, quang diode và quang transistor, năng lượng của ánh sáng chiếu vào Q2 Q1 chất bán dẫn và cấp năng lượng cho các điện tử vượt dãi cấm. Ngược blại khi một điện tử từ dãi dẫn điện rớt xuống dãi hoá trị thí sẽ phát ra một năng lượng E=h.f Dải dẫn điện Dải hóa trị Dải cấm hf. Khi phân cực thuận một nối P-N, điện tử tự do từ vùng N xuyên qua vùng P và tái hợp với lỗ trống (về phương diện năng lượng ta nói các điện tử trong dãi dẫn điện – có năng lượng cao – rơi xuống dãi hoá trị - có năng lượng thấp – và kết hợp với lỗ trống), khi tái hợp thì sinh ra năng lượng. Đối với diod Ge, Si thì năng lượng phát ra dưới dạng nhiệt. Nhưng đối với diod cấu tạo bằng GaAs (Gallium Arsenide) năng lượng phát ra là ánh sáng hồng ngoại (không thấy được) dùng trong các mạch báo động, điều khiển từ xa…). Với GaAsP (Gallium Arsenide phosphor) năng lượng phát ra là ánh sáng \vàng hay đỏ. Với GaP (Gallium phosphor), năng lượng ánh sáng phát ra màu vàng hoặc xanh lá cây. Các Led phát ra ánh sáng thấy được dùng để làm đèn báo,trang trí… Phần ngoài của LED có một thấu kính để tập trung ánh sáng phát ra ngoài. Để có ánh sáng liên tục, người ta phân cực thuận LED. Tuỳ theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau sẽ quyết định màu sắc của LED. Thông thường, LED có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong khoảng 1,5 – 2,8V tuỳ theo màu sắc phát ra, màu đỏ: 1,4 – 1,8V, và khoảng Đi V) LDR LD cảm biế đến 100 của nó s ng: 2 – 2, vài mA. ot được sử s Rs hay điệ n sáng tối. 0000 Ω , n ẽ giảm mộ 5V, còn m dụng tron n trở phụ thông thư hưng khi t cách đột àu xanh lá g mạch n thuộc ánh ờng giá trị chúng bị k ngột. cây: 2 – 2 ày là điot 1 sáng. Nó c điện trở c hích thích ,8V, và dò N4004 ó tác dụng ủa một LD bởi ánh sá ng điện q đặc biệt t R là rất c ng thì giá ua LED tố rong mạch ao, có khi trị điện trở i đa cao VI) IC LM1801: LM1801 đặc dụng IC, được thiết kế đặc biệt cho các máy dò khói, cung cấp cho chúng tôi xây dựng mạch này bằng cách sử dụng số lượng tối thiểu của các thành phần. Nó bao gồm một trong những nguồn cung cấp zener nội bộ, hai kết quả đầu ra điện áp tham chiếu, một điện áp so sánh. LM1801 thực hiện so sánh năng lượng thấp với dòng điên cao , đầu ra mở và thu tín hiệu. Hiện nay người ta dùng IC LM1801 trong ngành chế tạo như: thiết bị chống trộm, thiết bị phát hiện rò rỉ nước, rò rỉ khí đốt, những mạch ổn áp, nguồn pin được vận hành theo dõi… Một số thông số chính của LM1801: Dòng điện cung cấp thường là dòng 7µA , nhưng khi nó điều khiển cỏng so sánh thì điện áp đầu ra của transistor lên tới 500mA Tại : Rset = 10m Ω, V+= 9v, Ta = 25◦c R1 + R2 = 10m Ω Độ ổn định. VII) TIC 106M IX) CHUÔNG BÁO ĐỘNG ,HP HP là máy phát tạo âm thanh , khi có xung tín hiệu đưa đến tạo dao động cho chuông rung tạo âm thanh đồng thời cũng tác động đến HP tạo ra âm thanh nghe rất kích thích. Dòng điện đầu ra tác động hệ thống chuông báo động bên ngoài. PHẦN IV:ĐÁNH GIÁ ƯU,NHƯỢC ĐIỂM CỦA MẠCH *ƯU ĐIỂM: _Mạch đơn giản,dễ thực hiện _Các linh kiện dễ mua trên thị trường. _Có độ nhạy tương đối cao và tuyến tính. _Ứng dụng: Điều khiển từ xa là cái điều khiển từ xa của tivi ,điều khiển các thiết bị khác như là đèn, quạt, mợ-tơ bơm nước, TV… *NHƯỢC ĐIỂM: _Mạch báo động có thể sai nếu vùng bảo vệ bị xâm nhập bởi các lớp bụi. PHẦN V : KẾT LUẬN 1.Nhận xét và đánh giá kết quả: Sau khoảng thời gian thực hiện đề tài , với sự hướng dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn cùng với sự cố gắng nỗ lực của bản thân trong việc tìm hiểu tài liệu liên quan. Chúng em thấy tuy đây không phải là một đề tài mới nhưng vẫn còn rất nhiều kiến thức cho chúng em học hỏi và biết cách vận dụng những kiến thức đó vào thực tế, từ đó rút ra được nhiều kinh nghiệm trong thực tế và nâng thêm tầm hiểu biết của bản thân mình. Qua đề tài này chúng em đã có thêm một phần kiến thức bổ ích vào trong chuyên ngành học tập của mình, từ lý thuyết và thực hành đã kết hợp với nhau để hoàn thành tốt một đề tài hoàn hảo. Tuy nhiên, chúng em cũng gặp không ít khó khăn như : về tài liệu, dụng cụ thực hành, kinh nghiệm thực hành, kinh tế,…vì vậy đề tài cũng chưa đạt được kết quả cao như ý muốn của người thiết kế. Tuy vậy kiến thức về phần điện tử viễn thông của chúng em có hạn hơn nữa việc tiếp cận hệ thống vi điều khiển còn mới mẻ nên không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong có sự đóng góp nhiệt tình của thầy và các bạn để giúp cho đề tài ngày một phát triển hơn. 2.Ứng dụng và hướng phát triển của đề tài : Đề tài về cảm biến cháy, khói ngày nay được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống sinh hoạt hằng ngày của con người cũng như trong công nghiệp và nhiều lĩnh vực khác…Được ứng dụng trong các thiết bị dân dụng như : điều khiển quạt, đèn, tivi, máy tính, và các thiết bị điện khác,… Trong các môi trường làm việc nguy hiểm thì việc lắp đặt các thiết bị cảm biến cháy, khói là rất cần thiết nó giúp ta phát hiện ra các hiện tượng cháy , khói và ngăn chặn kịp thời như : ở bệnh viện, các siêu thị… • Hướng phát triển của đề tài : Ta có thể kết hợp với vi xử lý tạo nên các mạch điện thông minh như: cùng với các bộ cảm biến khác như cảm biến nhiệt để hoàn thành mạch cảm biến với nhiều ứng dụng hoặc có thể kết nối thêm các phần cứng như mạch báo động bằng điện thoại để thông tin về các đám khói cháy được truyền đi nhanh hơn …