Đồ án Mạch báo trộm dùng tia hồng ngoại

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN I: MẠCH BÁO TRỘM DÙNG TIA HỒNG NGOẠI Việt Nam ta ngày phát triển và giàu mạnh. Một trong những thay đổi đáng kể là Việt Nam đã gia nhập “WTO”, một bước ngoặc quan trọng để đất nước thay đổi bộ mặt nghèo nàng của mình, để chúng ta con người Việt Nam có cơ hội nắm bắt nhiều thành tựu vĩ đại của thế giới, đặc biệt là về các lĩnh vực khoa học kỹ tuật nói chung và ngành Điện Tử nói riêng. Thế hệ trẻ chúng ta không tự mình phấn đấu học hỏi không ngừng thì chúng ta sẽ sớm lạt hậu và nhanh chóng bị thụt lùi. Nhìn ra được điều đó trường “ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH” đã sớm chủ trương hình thức đào tạo sâu rộng, từ thấp đến cao. cập nhật chương trình giảng dạy để sinh viên có thể luôn nắm bắt được những kiến thức tốt nhất đáp ứng cho nhu cầu học tập và xã hội. Những môn học về điện tử đã được ứng dụng rất nhiều. Bên cạnh đó nhà trường còn tạo mọi điều kiện để sinh viên có thể làm quen với các trang thiết bị qua các mô hình học tập. Để tăng chất lượng học tập của sinh viên nhà trường nói chung và trung tâm Điện Tử nói riêng, khoa Điện Tử đã tổ chức cho sinh viên làm các đồ án môn học nhằm tạo nền tảng vững chắc cho sinh viên khi ra trường, đáp ứng nhu cầu tuyển dụng việc làm.Và để hiểu sâu thêm nhóm chúng em xin chọn đề tài “MẠCH BÁO TRỘM DÙNG TIA HỒNG NGOẠI PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ MỘT VÀI LINH KIỆN ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG MẠCH 1.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%. 2.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 Cách đọc giá trị của tụ điện: - Đọc trực tiếp 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 kà 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 có thể bị hư hỏng hoặc bị cháy nổ. 3. 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. 4. Diode_Led - Diode thường -Led - Photodiode : Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) được phát ra từ Led là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mắt thường, có bước sóng khoảng từ 0.86µm đến 0.98µm. Tia hồng ngoại có vận tốc truyền bằng vận tốc ánh sáng và được thu lại và sử lý sang tín hiệu số bằng: TSOP1138, TSOP1738, TSOP1736- 38Khz 5. IC NE555. IC NE555 gồm có 8 chân. - Chân số 1(GND): cho nối mase để lấy dòng cấp cho IC - Chân số 2(TRIGGER): ngõ vào của 1 tần so áp.mạch so áp dùng các transistor PNP. Mức áp chuẩn là 2*Vcc/3. - Chân số 3(OUTPUT): Ngõ ra .trạng thái ngõ ra chỉ xác định theo mức volt cao(gần bằng mức áp chân 8) và thấp (gần bằng mức áp chân 1) -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. - 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 nối mase. Tuy nhiên trong hầu hết các mạch ứng dụng chân số 5 nối masse qua 1 tụ từ 0.01uF đến 0.1uF, các tụ có tác dụng lọc bỏ nhiễu giữ cho mức áp chuẩn ổn định. - Chân số 6(THRESHOLD) : là ngõ vào của 1 tầng so áp khác .mạch so sánh dùng các transistor NPN .mức chuẩn là Vcc/3. - Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem như 1 khóa điện và chịu điều khiển bei tầng logic .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 lfc IC 555 dùng như 1 tầng dao động . - Chân số 8 (Vcc): cấp nguồn nuôi Vcc để cấp điện cho IC.Nguồn nuôi cấp cho IC 555 trong khoảng từ 5v - 15v và mức tối đa là 18v. Cấu tạo của NE555 gồm OP-amp so sánh điện áp, mạch lật và transistor để xả điện. Cấu tạo của IC đơn giản nhưng hoạt động tốt. Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành 3 phần. Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn. Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương của Op-amp 1 và điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm của Op-amp 2. Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 VCC, chân S = [1] và FF được kích. Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 VCC, chân R của FF = [1] và FF được reset. Giải thích sự dao động: Ký hiệu 0 là mức thấp bằng 0V, 1 là mức cao gần bằng VCC. Mạch FF là loại RS Flip-flop,KhiS=[1]thìQ=[1]và =[ 0]. Sau đó, khi S = [0] thì Q = [1] và = [0]. Khi R = [1] thì = [1] và Q = [0]. Tóm lại, khi S = [1] thì Q = [1] và khi R = [1] thì Q = [0] bởi vì = [1], transisitor mở dẫn, cực C nối đất. Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp ở chân 6 không vượt quá V2. Do lối ra của Op-amp 2 ở mức 0, FF không reset. Giai đoạn ngõ ra ở mức 1: Khi bấm công tắc khởi động, chân 2 ở mức 0. Vì điện áp ở chân 2 (V-) nhỏ hơn V1(V+), ngõ ra của Op-amp 1 ở mức 1 nên S = [1], Q = [1] và = [0]. Ngõ ra của IC ở mức 1.Khi = [0], transistor tắt, tụ C tiếp tục nạp qua R, điện áp trên tụ tăng. Khi nhấn công tắc lần nữa Op-amp 1 có V- = [1] lớn hơn V+ nên ngõ ra của Op-amp 1 ở mức 0, S = [0], Q và vẫn không đổi. Trong khi điện áp tụ C nhỏ hơn V2, FF vẫn giữ nguyên trạng thái đó. Giai đoạn ngõ ra ở mức 0: Khi tụ C nạp tiếp, Op-amp 2 có V+ lớn hơn V- = 2/3 VCC, R = [1] nên Q = [0] và = [1]. Ngõ ra của IC ở mức 0. Vì = [1], transistor mở dẫn, Op-amp2 có V+ = [0] bé hơn V-, ngõ ra của Op-amp 2 ở mức 0. Vì vậy Q và không đổi giá trị, tụ C xả điện thông qua transistor Kết quả cuối cùng: Ngõ ra OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vuông, có chu kỳ ổn định Thiết kế mạch dao động = IC Nội dung : IC tạo dao động họ XX555, Thiết kế mạch dao động tạo ra xung vuông có tần số và độ rộng bất kỳ. 1. IC tạo dao động XX555 ; XX có thể là TA hoặc LA v v ... Mạch dao động tạo xung bằng IC 555, Vcc cung cấp cho IC có thể sử dụng từ 4,5V đến 15V , đường mạch mầu đỏ là dương nguồn, mạch mầu đen dưới cùng là âm nguồn. Tụ 103 (10nF) từ chân 5 xuống mass là cố định và bạn có thể bỏ qua ( không lắp cũng được ) Khi thay đổi các điện trở R1, R2 và giá trị tụ C1 bạn sẽ thu được dao động có tần số và độ rộng xung theo ý muốn theo công thức:  T = 0.7 × (R1 + 2R2) × C1 và f = 1.4 / ( (R1 + 2R2) × C1 ) T = Thời gian của một chu kỳ toàn phần tính bằng (s) f =Tần số dao động tính bằng (Hz) R1 = Điện trở tính bằng ohm (W ) R2 = Điện trở tính bằng ohm ( W ) C1 = Tụ điện t ính bằng Fara ( W ) T=Tm+Ts T: chu kỳ toàn phần Tm = 0,7 x ( R1 + R2 ) x C1 Tm : thời gian điện mức cao Ts = 0,7 x R2 x C1 Ts : thời gian điện mức thấp Chu kỳ toàn phần T bao gồm thời gian có điện mức cao Tm và thời gian có điện mức thấp TsTừ các công thức trên ta có thể tạo ra một dao động xung vuông có độ rộng Tm và Ts bất kỳ. Sau khi đã tạo ra xung có Tm và Ts ta có T = Tm + Ts và f = 1/ T  * Thí dụ thiết kế mạch tạo xung như hình dưới đây. Bài tập : Lắp mạch dao động trên với các thông số : C1 = 10µF = 10 x 10-6 = 10-5 F R1 = R2 = 100KW = 100 x 103 W Tính Ts và Tm = ? Tính tần số f = ? Bài làm: Ta có Ts = 0,7 x R2 x C1 = 0,7 x 100.103 x 10-5 = 0,7 s Tm = 0,7 x ( R1 + R2 ) x C1 = 0,7 x 200.103 x 105 = 1,4 s => T = Tm + Ts = 1,4s + 0,7s = 2,1s => f =1 / T = 1/2,1 ~ 0,5 Hz Mạch tạo xung có Tm = 0,1s , Ts = 1s 6. IC 7805_ IC ổn áp 5 Vol. Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử dụng IC ổn áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản. Các loại ổn áp thường được sử dụng là IC 78xx, với xx là điện áp cần ổn áp. Ví dụ 7805 ổn áp 5V, 7812 ổn áp 12V. Việc dùng các loại IC ổn áp 78xx tương tự nhau, dưới đây là minh họa cho IC ổn áp 7805 Sơ đồ phía dưới IC 7805 có 3 chân: Chân số 1 là chân IN Chân số 2 là chân GND Chân số 3 là chân OUT Ngõ ra OUT luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi. Mạch này dùng để bảo vệ những mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 5V (các loại IC thường hoạt động ở điện áp này). Nếu nguồn điện có sự cố đột ngột: điện áp tăng cao thì mạch điện vẫn hoạt động ổn định nhờ có IC 7805 vẫn giữ được điện áp ở ngõ ra OUT 5V không đổi. Mạch trên lấy nguồn một chiều từ một máy biến áp với điện áp từ 7V đến 9V để đưa vào ngõ IN. Khi kết nối mạch điện, do nhiều nguyên nhân, người dùng dễ nhầm lẫn cực tính của nguồn cung cấp khi đấu nối vào mạch, trong trường hợp này rất dễ ảnh hưởng đến các linh kiện trên board mạch. Vì lí do đó một diode cầu được lắp thêm vào mạch, diode cầu đảm bảo cực tính của nguồn cấp cho mạch theo một chiều duy nhất, và nguời dùng cũng không cần quan tâm đến cực tính của nguồn khi nối vào ngõ IN nữa. Chú ý: điện áp đặt trước IC78xx phải lớn hơn điện áp cần ổn áp từ 1.5V đến 2V Tụ điện đóng vai trò ổn định và chống nhiễu cho nguồn. (có thể bỏ hai tụ điện nếu mạch điện không đòi hỏi). 7. IC phát nhạc. IC3 UM66 chỉ là con chíp phát nhạc được khuyếch đại bởi Transitor nhằm cảnh báo khi có sự đột nhập. PHẦN II: SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NHIỆM VỤ CÁC KHỐI CHÍNH 1. Sơ đồ khối phát hồng ngoại. Khối chọn chức năng và khối mã hóa: Khi người sử dụng bấm vào các phím chức năng để phát lệnh yêu cầu của mình, mỗi phím chức năng tương ứng với một số thập phân. Mạch mã hóa sẽ chuyển đổi thành mã nhị phân tương ứng dưới dạng mã lệnh tín hiệu số gồm các bít 0 và 1. Số bit trong mã lệnh nhị phân có thể là 4 bit hay 8 bit tùy theo số lượng các phím chức năng nhiều hay ít. .- Khối dao động có điều kiện: Khi nhấn 1 phím chức năng thì đồng thời khởi động mạch dao động tạo xung đồng hồ, tần số xung đồng hồ xác định thời gian chuẩn của mỗi bit . - Khối chốt dữ liệu và khối chuyển đổi song song ra nối tiếp: Mã nhị phân tại mạch mã hóa sẽ được chốt để đưa vào mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp. Mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp được điều khiển bởi xung đồng hồ và mạch định thời nhằm đảm bảo kết thúc đúng lúc việc chuyển đổi đủ số bitcủamộtmãlệnh.- Khối điều chế và phát FM: mã lệnh dưới dạng nối tiếp sẽ được đưa qua mạch điều chế và phát FM để ghép mã lệnh vào sóng mang có tần số 38Khz đến 100Khz, nhờ sóng mang cao tần tín hiệu được truyền đi xa hơn, nghĩa là tăng cự ly phát.- Khối thiết bị phát: là một LED hồng ngoại. Khi mã lệnh có giá trị bit =’1’ thì LED phát hồng ngoại trong khoảng thời gian T của bit đó. Khi mã lệnh có giá trị bit=’0’ thì LED không sáng. Do đó bên thu không nhận được tín hiệu xem như bit = ‘0’ . 2. Sơ đố khối thu hồng ngoại. - Khối thiết bị thu: Tia hồng ngoại từ phần phát được tiếp nhận bởi LED thu hồng ngoại hay các linh kiện quang khác. - Khối khuếch đại và Tách sóng: trước tiên khuếch đại tính hiệu nhận rồi đưa qua mạch tách sóng nhằm triệt tiêu sóng mang và tách lấy dữ liệu cần thiết là mã lệnh.- Khối chuyển đổi nối tiếp sang song song và Khối giải mã: mã lệnh được đưa vào mạch chuyển đổi nối tiếp sang song song và đưa tiếp qua khối giải mã ra thành số thập phân tương ứng dưới dạng một xung kích tại ngõ ra tương ứng để kích mở mạch điều khiển. -Tần số sóng mang còn được dùng để so pha với tần số dao động bên phần thu giúp cho mạch thu phát hoạt động đồng bộ , đảm bảo cho mạch tách sóng và mạch chuyển đổi nối tiếp sang song song hoạt động chính xác. PHẦN III: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 1. Khối 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. 2. Khối phát tín hiệu hồng ngoại. Tín hiệu ngõ ra của IC 555 trong bộ phát hồng ngoại là dạng xung vuông có tần số 1KHz và được truyền đến led phát sóng hồng ngoại có tần số tương tự. Tín hiệu ra ở chân số 3 được khuyếch đại bởi 2 Transistor mắc theo kiểu Darlington. Mạch có độ phát xa khoảng 6m. R1-27K, R2-3.3K, R3-27K, R4-330 Q1- A1015, Q2- C1815 C5- 103, C6- 10u, C7- 0.47u, C8- 0.1u IR LED1: led phát hồng ngoại : 5mm, trắng IC1 : NE 555 3. Khối thu tín hiệu hồng ngoại và phát tín hiệu báo động. - IR 1838 là IC thu nhận hồng ngoại chuyên dụng, được sử dụng rộng rãi và phổ biên trên thị trường, nó có nhiệm vụ thu tia hồng ngoại và khuyếch đại tín hiệu nhận được từ bộ phát hồng ngoại. Khi có tín hiệu hồng ngoại, đầu ra OUT là dạng xung có tần số rất cao khoảng 38KHz, xung nay được đưa vào chân số 2 của Ic555 để khuyếch đại so sánh khi IC nhận điện áp chuẩn là 1/3 Vcc. Khi so sánh tín hiệu SET điều khiển Flip_Flop làm cho chân số 3 xuất hiện xung vuông. Xung vuông này làm cho Q1 dẫn ở trạng thái bão hòa, Relay ở trạng thái đóng, tin hiệu mức cao lại được chuyển đến cực B của Q1, làm cho Relay luôn ở trạng thái đóng khi không còn tín hiệu hồng ngoại. Khi Relay đóng, sẽ cung cấp nguồn cho thiết bị báo động. Khối báo động được sử dụng là loại mạch khuyếch đại thông thường sử dụng ic nhạc UM66, hoặc là khối đèn được mô phỏng bởi Led D5. K1 làm nhiệm vụ ngắt tín hiệu báo động khi cần thiết . Mạch thu này có thể thu nhận tín hiệu hồng ngoại từ rất xa trên 20m mà không bị nhiễu bởi ánh sáng môi trường. R5-R7-R8-R9-R12-1K, R6-100, R10-330, R11-22K C9-C11-1u, C10- 10u Q3-Q4-C1815, Q5- D468 D1-…4148…, D2-D3-D4- …4007… Diode Zenner- 3.3V Biến trở: RV1- 100K Ic thu hồng ngoại: IR-1838 Relay: RL1 – 12V Ic phát nhạc: UM66 Ic NE 555 Speaker : 8W Khóa K ON/ OFF: K1 Sơ đồ toàn khối: Mạch ta có thể đặt ẩn trong cánh cửa tủ, nhà, xe ôtô, xe máy…vì mạch có độ phát rộng, độ thu rất xa nên có thể đặt ở những vị trí khác nhau. Mạch có thể được dùng để điều khiến các thiết bị trong gia đình bằng remost TV.