hệ thống tắt mở đèn đường tự động

MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG
LỜI CẢM TẠ
Trong thời gian nghiên cứu và thực hiện đồ án chúng em nhận được rất
nhiều sự giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn, thầy TRẦN ĐỨC A, để hoàn
thành đồ án này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn tất cả những gì thầy đã giúp đỡ chúng em
trong suốt thời gian hoàn thành đồ án này.
Sinh viên thực hiện:
PHẠM DUY
ĐÀO PHƯỚC GIANG
Page 1 of 29
MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG
MỤC LỤC
Lời cảm tạ trang 1
Mục lục 2
Chương I: Mở đầu 3
1. Đặt vấn đề
2.Mục đích yêu cầu 3
3.Giới hạn đề tài 3
Chương II:Giới thiệu các kinh kiện dùng trong mạch 4
1.Khảo sát quang trở cds 5
2 khảo sát transistor công suất 6
3.giới thiệu sơ lược về rơle 7
4.Bộ nguồn ổn áp 12Vcho mạch 8
5.khảo sát ic 555 9
Chương III: Giới thiệu một số mạch điều khiển tự dộng tất mở khác 11
1.
2.
Chương IV: Thiết kế và thi công 12
I/ Sơ đồ khối cơ bản
II/sơ đồ mạch chi tiết 13

II/ Sơ đồ mạch in 14
Chương V: Đánh giá và kết luận 15
Nhận xét của giáo viên 17
Phụ lục sách tham khảo 19
CHƯƠNG I
Page 2 of 29
MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG
MỞ ĐẦU
I/ ĐẶT VẤN ĐỀ:
Trong thời đại công nghiệp hoá và hiện đại hoá ngày nay thì tự động
hoá là một trong những nhu cầu tất yếu của cuộc sống
Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học kỉ thuật nhất là trong linh vực tự
động đã và đang làm thay đổi bộ mặt đất nước liên tục từng ngày.trong đó hệ
thống tự động tắt mở đèn đường là một nhu cầu tất yếu trong thời đại hiện
nay.
Nắm bắt nhu cầu thực tế và điều kiện khách quan đó chúng em đã
mạnh dạn đưa đề tài “điều khiển hệ thống tắt mở đèn đường” vào đồ án 1
của nhóm.đề tài tuy không phải là mới mẽ nhưng chưa phải là quá phổ biến
ở nhiều thành phố,nhiều tỉnh thành và ở nhiều địa phương đang và đã phát
triển.
Đề tài này cũng sẽ là một cơ hội chúng em hoàn thiện các kiến thức
một cách logic đồng thời cũng sẽ là trải nghiệm cho chúng em về các đò án
lớn hơn kế tiếp
II/MỤC ĐÍCH YÊU CẦU:
Thông qua đề tài này thì chúng em muốn rằng trong một tương lai không xa thì hệ
thống tắt mở đèn đường tự động sẽ nhanh chóng phát triển sâu rộng vào cuộc sống.Đồng
thời qua đồ án này giúp chúng em hoàn thiện các kĩ năng-kỉ thuật trong việc tính toán-lắp
ráp mạch điện tử vững vàng hơn.Qua đó giúp chúng em hiểu sâu hơn về bản chất linh kiện.
III/GIỚI HẠN ĐỀ TÀI:
Do thời gian thực hiện và kiến thức còn có hạn nên chúng em chỉ áp dụng trên phạm vi

mang tính chất thí nghiệm nhưng chúng em nghĩ việc phát triển và nhận rộng đề tài này rất
có cơ sở.
Page 3 of 29
MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG
CHƯƠNG II
KHẢO SÁT CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG MẠCH
1/ BỘ NGUỒN CHO TOÀN MẠCH
a/ Sơ đồ mạch ổn áp:
b/ Nguồn chuẩn DC:
Bộ nguồn dùng để cung cấp cho toàn mạch hoạt động.
Chức năng của bộ nguồn chuẩn DC
 Ổn định điện áp làm việc.
 Độ miễn nhiễu cao.
 Dùng làm mạch cung cấp cho rơle hoạt động.
Nguồn chuẩn DC bao gồm:
Một biến áp: cuộn sơ cấp 110V/220V,cuộn thứ cấp 12V.
Một IC ổn áp 12v
Tụ lọc nguồn 1000Uf/16V dùng để lọc sau khi chỉnh lưu.
Diôt cầu dùng để chỉnh lưu điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều.
Diốt chỉnh lưu dùng laọi thông dụng trên thị trường là: 1N4007 có các thông số kĩ
thuật sau:
 Điện áp ngược lớn nhất Ungược=420V
 Dòng điện cực đại cho phép la 3A
 Dòng xung 300A
c/ Các yêu cầu bộ nguồn phải có
Mạch ổn áp để ổn định điến áp làm việc cho mạch
Mạng điện lưới 110V/220V
d/nguyên lý hoạt động của mạch:
Nguồn điện lưới 110V/220V cung cấp cho cuộn sơ cấp biến thế.Khi đó ở cuộn thứ cấp
sẽ có điện áp ra là 12V AC. Sau khi qua cầu diôt cà tụ lọc áp một chiều điện áp này được

đưa vào IC ổn áp 7812, ngõ ra qua tụ lọc áp một chiều cuối cùng ta được điện áp một chiều
cố định là 12V.
Page 4 of 29
MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG
2/Khảo sát linh kiện quang điện trở(cds)
Là điện trở có trị số càng giảm khi được chiếu sáng càng mạnh.điện trở tối khi
không được chiếu sáng -ở trong bóng tối)thường trên 1M ,trị số này có thể giảm rất
nhỏ có thể dưới 100 khi được chiếu sáng càng mạnh
Nguyên lí làm việc của điện trở quang là khi ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn (có
thể là cadmium-cds-cadmium selennide-cdse)làm phát sinh các điện tử tự do,tức sự
dẫn điện tăng lên và làm giảm điện trở của chất bán dẫn.các đặc tính điện và độ
nhạy của quang trở dĩ nhiên tùy thuộc vào vật liệu trong chế tạo
Về phương diện năng lượng ta nói ánh sáng đã cung cấp một năng E=hf để
điện tử nhảy từ dãi hóa trị lên dãi dẫn điện.Như vậy năng lượng cần thiết hf
phải lớn hơn năng lượng dãi cấm.
Page 5 of 29
MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG
3.khảo sát ic555
3.1 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC BÊN TRONG IC555
3.11 Sơ đồ chân:
 Chân 1: GND (Nối đất)
 Chân 2: Trigger input (Ngõ vào xung nãy)
 Chân 3: Output(Ngõ ra)
 Chân 4: Resest(Hồi phục)
 Chân 5: Control voltage(Điện áp điều khiển)
 Chân 6: Threshold(Thềm-Ngưỡng)
 Chân 7: Dischange( Xả điện)
 Chân 8: +Ucc (nguồn cung cấp)
3.12 Cấu trúc bên trong.
Trung tâm hoạt động của vi mạch 555 là Flip-Flop RS .Đầu vào R của

F/F còn đầu vào của S của F/F là đầu ra của bộ so sánh II.Mạch ra của F/F
gồm 2 phần: một phần là bộ đệm đầu ra và một phần gồm 2 transistor T
1
và
T
2
.Trong đó T
1
dùng để biền đổi tín hiệu ra đã được ghi giữ,chính điện áp
này sẽ được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau(ta sẽ nói ở phần
sau).Thông qua T
2
ta có thể điều khiển được trang thái bên trong của bộ đệm
đầu ra.Sau đây là cấu trúc bên trong của IC 555:
Cấu trúc IC 555
HOẠT ĐỘNG CỦA VI MẠCH 555
Bên trong vi mạch 555 có hơn 20 transistor và nhiều điện trở thực hiệnnhiều
chức năng sau:
Page 6 of 29
MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG
Cầu phân áp gồm 3 điện trở nối từ nguồn Vcc xuống mass cho ra
hai điện áp chẩun là 1/3 Vcc và 2/3 Vcc.
 OP-AMP 1 là mạch khuyếch đại so sánh ngõ vao (-) nhận diện điện
áp chuẩn 2/3 Vcc ,còn ngõ vào (+) thì nối ra ngoài chân 6.Tùy thuộc điện áp
của chân 6 so với điện áp chuẩn 2/3 Vcc mà OP-AMP 1 có điện áp ra mức
cao hay mức thấp để làm tín hiệu R(Reset) điều khiển Fip-Flop (F/F).
OP-AMP 2 là mạch khuyếch đại so sánh có ngõ vào(+) nhận điện
áp chuẩn 1/3 Vcc,còn ngõ vào (-) thì nối với chân 2.Tùy thuộc điện áp chân
2 so với điện áp chuẩn 1/3 Vcc mà OP-AMP 2 có mức cao hay thấp để làm
tín hiệu S(Set) điều khiển Flip-Flop(F/F).

Mạch Flip-Flop (F/F) là laọi mạch lưỡng ổn kích một bên. Khi
chân Set(S) có điện áp cao thì điệp áp này kích đối trạng thái của F/F là ngõ
Q lên mức cao và ngõ Q/ của F/F xuống mức thấp.Khi ngõ Set(S) đang ở
mức cao xuống mức thấp thì mạch F/F không đổi trạng thái.Khi chân
Reset(R) có điện áp cao thì điện áp này kích đồi trạng thái của F/F làm ngõ
Q/ lên mức cao và ngõ Q xuống mức thấp.Khi ngõ Reset (R) đang ở mức
cao xuống mức thấp thì mạch F/F không đổi trạng thái.
Mạch OUTPUT là mạch khuyếch đại ngõ ra để tăng độ khuyếch đại
dòng cấp cho tải.Đây là mạch khuyếch đại đảo có ngõ vào là chân Q/ của
F/F.nên khi Q/ ở mức cao thì ngõ ra chân 3 của IC sẽ có mức điện áp thấp
(~0V) và ngược lại khi Q/ ở mức thấp thì ngõ ra chấnố 3 của IC có điện áp
cao(~Vcc).
Transistor T
1
có chân E nối vào một điện áp chuẩn khoảng 1.4V và
vì là loại transistor PNP nên khi cực B nối ra ngoài bởi chân số 4 có điện áp
cao hơn 1.4 V thì T
1
ngưng dẫn,dẫn đến T
1
không ảnh hưởng đến hoạt động
của mạch.Khi chân 4 có điện trở trị số nhỏ thích hợp nồi mass thì T
1
dẫn bảo
hòa đồng thời làm mạch OUTPUT cũng dẫn bảo hòa và làm ngõ ra xuống
thấp.Chân 4 được gọi là chân Reset có nghĩa là nó Reset IC555 bất chấp tình
trạng ơ các ngõ vào khác, do đó chân Reset kết thúc xung ra sớm khi
cần.Nếu không dùng chức năng Reset thì nối chân này lên Vcc để chông
nhiễu.
Transistor T

2
là chân transistor co cực C để hở nối ra chân số 7
(Dischange=xả).Do cực B dược phân cực bởi mức điện áp ra Q/ của F/F nên
khi Q/ ở mức cao thì T
2
dẫn bảo hòa và cực C của T
2
coi như nối mass,lúc đó
ngõ ra chân 3 cũng ở mức thấp; Khi Q/ ở mức thấp thì T
2
ngưng dẫn làm cho
cự C của T
2
bị hở, lúc đó ngõ ra chân 3 có mức điện áp cao.Theo nguyên lý
trên cực C của T
2
ra chân 7có thể làm ngõ ra phụ có mức điện áp giống mức
điện áp của ngõ ra chân số 4.
Page 7 of 29
MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG
4.khảo sát transistor
4.1cấu tạo cơ bản của transistor(BJT)
Hình sau đây mô tả cấu trúc của hai loại transistor
NPN và PNP
Nồng độ tạp chất của vùng E lớn hơn vùng B và vùng C có nồng độ tạp chất
nhỏ nhất.Vùng nền có kích thước hẹp nhất trong ba vùng bán dẫn kế đến là
vùng phát và vùng thu là rộng nhất.Transistor NPN có đáp ứng tần số cao tốt
hơn transistor PNP.Bây giờ chúng ta chỉ khảo transistor NPN còn transistor
PNP cũng tương tự
4.2 transistor ở trạng thái chưa phân cực

Khi pha chất cho (donor) vào thanh bán dẫn tinh khiết ta được chất
bán dẫn loại N.Các điện tử tự do(còn thừa của chất cho)có mức năng lượng
trung bình gần dãi dẫn điện(mức năng lượng Fermi được năng lên).Tượng tự
nếu chất pha tạp là chất nhận(acceptor)thì ta có chất bán dẫn loại P.Các lỗ
trống của chất nhận có mức năng lượng trung bình nằm gần dãi hóa trị
hơn(mức năng lượng fermi được giảm xuống)
Khi nối P-N được xác lập,một rào điện thế sẽ tạo ra tại nối .Các điện
tử tử tự do trong vùng N sẽ khếch tán sang vùng P và ngược lại các lỗ trống
từ vùng P sẽ khếch tán sang vùng N.Kết quả là tại hai bên mối nối,bên vùng
N các ion dương bên vùng P là các ion âm.chúng đã tại ra hàng rào điện thế
Hiện tượng này cũng thấy ở tại hai mối nối transistor.Quan sát vùng
hiếm,ta thấy ta thấy rằng kích thước của hiếm là một hàm số theo nồng độ
chất pha.Nó rộng ở vùng chất pha nhẹ và hẹp ở vùng chất pha đậm
Page 8 of 29
MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG
4.3cơ chế hoạt động của transistor lưỡng cực
Trong ứng dụng thông thường(khếch đại),nối phát nền phải được phân
cực thuận trong lúc nối thu nền phải được phân cực nghịch
Vì nối phát nền phân cực thuận nền vùng hiếm hẹp lại,nối thu nền
được phân cực nghịch nên vùng hiếm rộng ra
Nhiều điện tử từ cực âm của nguồn V
EE
đi vào vùng phát và sang
vùng nền.Như ta đã biết,vùng nền pha tạp chất ít và rất hẹp nên lỗ trống
không nhiều do đó lượng lỗ trống khếch tán sang vùng phát không đáng kể
Mạch phân cực như sau:
Page 9 of 29
MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG
Do vùng nền hẹp và ít lỗ trống nên có một ít điện tử khếch tán sang
vùng phát tái hợp với lỗ trống của vùng nền.Hầu hết các điện tử tử từ vùng

này khếch tán thẳng qua vùng thu và bị hút về cực dương của nguồn V
CC.
Các điện tử tự do vùng phát như vậy tạo nên dòng điện cực phát I
E

chạy từ cực phát E.Các điện tử từ vùng thu chạy về cực dương của nguồn
V
CC
tạo ra dòng điện thu I
C
chạy vào vùng thu
Mặt khác,một số ít điện tử là hạt thiểu số của vùng nền chạy về cực
dương của nguồn V
EE
tạo nên dòng điện I
B
rất nhỏ chạy vào cực nền B.
Như vậy, theo định luật kirchoff,dòng điện I
E
bằng tổng dòng I
B
và I
C
.
Ta có:I
E
=I
B
+I
C

Vì dòng I
B
rất nhỏ nên có thể coi I
E
=I
C

4.4cách lắp transistor và độ lợi dòng điện
Khi sử dụng,transistor được ráp theo ba cách căn bản sau:
-ráp theo kiểu cực nền chung(1)
-ráp theo kiểu cực thu chung(2)
-ráp theo kiểu cực phát chung(3)
Page 10 of 29
MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN ĐƯỜNG
Trong ba cách ráp trên,cực chung chính là cực được nối mass và dùng
chung cho hai ngõ vào và ngõ ra.
Trong mỗi cách ráp,người ta định nghĩa độ lợi dòng điện một chiều
như sau:
Độ lơi dòng điện kí hiêu là K:
K=
I
I
IN
OUT
Độ lợi dòng điện của transistor thường được dùng là độ lợi trong cách ráp
cực phát chung và cực nền chung.Độ lợi dong điện trong cách ráp cực phát
chung cho bởi:
Như vậy
I

C
=
I
B
DC
⋅
β
Nhưng :
=+=
III
BCE

I
B
DC
⋅
β
+
I
B
=
+
β
DC
B
I
(
1)
Độ lợi dòng điện trong cách ráp cực nền chung cho bởi
Page 11 of 29