MẠCH ĐÈN CẢM BIẾN ÁNH SÁNG

Mạch đèn cảm biến ánh sáng

MỤC LỤC
t luận…………........................16
Phần 6 Tài liệu tham khảo……………………………………………………….16

Nhóm Super Girls - ĐHBKHN

Page 1


Mạch đèn cảm biến ánh sáng

Phần 1: Giới thiệu ý tưởng và xác định chỉ tiêu kỹ thuật
của sản phẩm
1.1
-

-

1.2
-

Phân tích nhu cầu và sự cần thiết của sản phẩm
Điện năng là một nguồn năng lượng rất quan trọng trong cuộc sống hiện
đại , chính vì vậy mà điện phải được sử dụng một cách thích hợp. Đèn cảm
biến ánh sáng ra đời dựa trên nhu cầu tiết kiệm điện nhưng vẫn không tốn
công sức trong việc điều khiển hệ thống ánh sáng.
Mạch cảm biến được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều thiết bị chiếu sáng
quen thuộc như đèn cầu chiếu sáng, đồng thời đối với việc tiết kiệm điện
năng và công sức con người.

Các sản phẩm đã có trên thị trường
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều sản phẩm sử dụng mạch nguyên lý cảm
biến ánh sáng để phục vụ cho mục đích chiếu sáng , sau đây là một số sản
phẩm điển hình

1.2.1: Đèn vườn tự động
- Đèn sử dụng năng lượng mặt trời , tự động sạc và bật sáng vào ban đêm
- Thông số kỹ thuật:
• Độ sáng của LED : 30.000cmd
• Pin sạc AA – 1.2V x 600mmA
• Thời gian sạc : 8-10 giờ
• Thời gian sáng : 9-10 giờ
Giá thành : 160.000đ/1 cái

Nhóm Super Girls - ĐHBKHN

Page 2


Mạch đèn cảm biến ánh sáng

1.2.2 Đèn cảm ứng
- Đèn LED tự động phát sáng khi trời tối, tự động tắt khi bật các thiết bị chiếu
sáng khác, có thể cắm ở cầu thang , phòng ngủ, phòng vệ sinh để tránh vấp
ngã do trời tối
- Thông số kỹ thuật :
• Điện áp : 160 – 250V
• Công suất: 1W
• Giá thành: 60.000đ/ 1 cái

1.3
1.3.1
-

1.3.2
-

Các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm
Chức năng của sản phẩm
Sản phẩm sử dụng nguồn 1 chiều 6V để cung cấp cho bóng LED , đồng thời
tự đông tắt khi có ánh sáng chiếu vào , tự động bật khi không có ánh sáng,
hoặc ánh sáng quá yếu.
Chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm
Hoạt động ổn định trong dải từ 4-6V
Đèn phải tắt khi trời sáng và tự bật khi cường độ ánh sáng giảm đến 1 mức
độ nhất định .
Độ nhạy cao và ổn định.
Mạch đơn giản và dễ tùy biến

Nhóm Super Girls - ĐHBKHN

Page 3


Mạch đèn cảm biến ánh sáng

Tín hiệu đầu vào:
-

Tín hiệu đầu vào là ánh sáng , cụ thể là ánh sáng chiếu vào quang trở.

Tín hiệu này có thể thay từ từ theo thời gian ( nếu là ánh sáng mặt trời)
hoặc đột ngột ( nếu là ánh sáng nhân tạo).

Tín hiệu đầu ra:
-

Tín hiệu đầu ra là tín hiệu quang , cụ thể là ánh sáng của đèn LED.

1.3.3: Các yêu cầu phi chức năng
- Nhỏ gọn, bền.
- Giá thành rẻ ( khoảng 50.000đ)

Phần 2: Lựa chọn phương án kỹ thuật
Nhóm Super Girls - ĐHBKHN

Page 4


Mạch đèn cảm biến ánh sáng
2.1

: Sơ đồ khối của sản phẩm

-

-

Tác nhân: Ánh sáng tự nhiên ( ánh sáng mặt trời) hoặc ánh sáng nhân tạo
( bóng đèn).
Khối cảm biến : Có chức năng biến tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện, ở

đây ta dung quang trở. Như chúng ta đã biết , khi được ánh sáng chiếu vào ,
điện trở của quang trở giảm đi đáng kể so với khi không được chiếu sáng.
Khối nguồn: Có nhiệm vụ cung cấp nguồn điện cho mạch, ở đây là nguồn
Pin 1 chiều 6V.

2.2 Thuật toán, linh kiện, kiến trúc mạch
Những linh kiện sử dụng trong mạch
2.2.1 Điện trở, biến trở.
- Điện trở là một linh kiện có tính cản trở dòng điện và làm một số chức năng
khác tùy vào vị trí trong mạch điện .
- Cấu tạo : Điện trở được cấu tạo từ những vật liệu có điện trở suất cao như
than, Magie, Ni-O2, gốm … Để biểu thị giá trị của điện trở người ta sử dụng
những vòng màu .

Nhóm Super Girls - ĐHBKHN

Page 5


Mạch đèn cảm biến ánh sáng

Kí hiệu:

Hình ảnh:

2.2.2 Diode – LED
- Diode thường: là linh kiện điện tử tự động và phi tuyến, cho phép dòng điện
đi qua nó theo 1 chiều duy nhất , tính chất này dựa trên các tính chất của tiếp
tuyến P-N
Diode phát quang (LED) thực chất được cấu tạo bởi 1 lớp chuyển tiếp P-N

dị thể (P-P-N), ở gần mặt tiếp xúc P-N có 1 vùng gọi là vùng điện tích không
gian hình thành do sự khuếch tán điện tử ở N sang P và lỗ trống từ P sang N.
Khi đặt thiên áp thuận , cường độ điện trường tại vùng điện tích không gian
giảm xuống làm tăng mật độ hạt dẫn dư , từ đó xảy ra quá trình tái tổ hợp
giữa các điện tử và lỗ trống , quá trình tái tổ hợp này sinh ra năng lượng và
được giải phóng dưới dạng nhiệt ( với bán dẫn xiên như Si) hoặc ánh sáng
vàng-đỏ ( với bán dẫn thẳng GaAsP). Lợi dụng tính chất này người ta chế
tao ra LED (light emitting diode – diode phát quang ). Phần ngoài của LED
có 1 thấu kính để tập trung ánh sáng ra ngoài .

Hình ảnh:
-

Kí hiệu :

Để có ánh sáng liên tục, người ta phân cực thuận LED . Tùy theo mức năng
lượng giải phóng cao hay thấp mà bước song ánh sáng phát ra khác nhau sẽ

Nhóm Super Girls - ĐHBKHN

Page 6


Mạch đèn cảm biến ánh sáng

quyết định mà sáng của LED . Thông thường LED có điện thế phân cực
thuận cao hơn diode thong thường trong khoảng 1.5V – 2.8V, tùy theo màu
LED phát ra và dòng qua LED tối đa khoảng vài mA.
2.2.3 Quang trở (light dependant resistor – LDR)
- Quang trở là 1 điện trở có trị số phụ thuộc vào ánh sáng chiếu vào nó , bình

thường điện trở quang trở rất lớn , có thể lên đến 1000000 Ω. Nhưng khi có
ánh sáng chiếu vào , điện trở của nó giảm đột ngột . Quang trở có tác dụng
đặc biệt trong mạch cảm biến sáng – tối .

Kí hiệu:

Hình ảnh:

2.2.4 Tụ điện
Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các
mạch điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu,
mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động .vv...
- Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách
điện gọi là điện môi.
- Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi
và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như
Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ hoá.

Phân loại:
-

Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ mica. (Tụ không phân cực )
Các loại tụ này không phân biệt âm dương và thường có điện dung nhỏ từ
0,47 µF trở xuống, các tụ này thường được sử dụng trong các mạch điện có
tần số cao hoặc mạch lọc nhiễu.

Nhóm Super Girls - ĐHBKHN

Page 7

Mạch đèn cảm biến ánh sáng

Tụ gốm - là tụ không phân cực.

-

Tụ hoá ( Tụ có phân cực )
Tụ hoá là tụ có phân cực âm dương , tụ hoá có trị số lớn hơn và giá trị từ
0,47µF đến khoảng 4.700 µF , tụ hoá thường được sử dụng trong các mạch
có tần số thấp hoặc dùng để lọc nguồn, tụ hoá luôn luôn có hình trụ.

Tụ hoá - Là tụ có phân cực âm dương.
-

Tụ xoay .
Tụ xoay là tụ có thể xoay để thay đổi giá trị điện dung, tụ này thường được
lắp trong Radio để thay đổi tần số cộng hưởng khi ta dò đài.

Nhóm Super Girls - ĐHBKHN

Page 8


Mạch đèn cảm biến ánh sáng

Tụ xoay sử dụng trong Radio
2.2.5 IC NE555
- IC 555: là một loại linh kiện khá là phổ biến bây giờ với việc dễ dàng tạo
được xung vuông và có thể thay đổi tần số tùy thích, với sơ đồ mạch đơn

giản,điều chế được độ rộng xung. Nó được ứng dụng hầu hết vào các mạch
tạo xung đóng cắt hay là những mạch dao động khác. Đây là linh kiện của
hãng CMOS sản xuất .

Các thông số cơ bản của IC 555 có trên thị trường :
- Điện áp đầu vào : 2 - 18V ( Tùy từng loại của 555 : LM555, NE555,
NE7555..)
Nhóm Super Girls - ĐHBKHN

Page 9


Mạch đèn cảm biến ánh sáng
-

Dòng điện cung cấp : 6mA - 15mA
Điện áp logic ở mức cao : 0.5 - 15V
Điện áp logic ở mức thấp : 0.03 - 0.06V
Công suất lớn nhất là : 600mW

* Các chức năng của 555:
- Là thiết bị tạo xung chính xác
Máy phát xung
- Điều chế được độ rộng xung (PWM)
- Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng trong thu phát hồng ngoại)
Sơ đồ chân IC555:

-

-

-

-

Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi là
chân chung.
Chân số 2(TRIGGER): Đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và
được dùng như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp.Mạch so sánh ở đây
dùng các transitor PNP với mức điện áp chuẩn là 2/3Vcc.
Chân số 3(OUTPUT): Chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic. Trạng
thái của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1. 1 ở đây là mức cao nó
tương ứng với gần bằng Vcc nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đương với
0V nhưng mà trong thực tế mức 0 này ko được 0V mà nó trong khoảng từ
(0.35 ->0.75V) .
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.Nhưng mà trong mạch để tạo
được dao động thường hay nối chân này lên VCC.
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
GND. Chân này có thể không nối cũng được nhưng mà để giảm trừ nhiễu

Nhóm Super Girls - ĐHBKHN

Page 10


Mạch đèn cảm biến ánh sáng

-

-

người ta thường nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến
0.1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn được ổn định.
Chân số 6(THRESHOLD) : là một trong những chân đầu vào so sánh điện
áp khác và cũng được dùng như 1 chân chốt.
Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịu
điều khiển bỡi tầng logic của chân 3 .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 lúc
IC 555 dùng như 1 tầng dao động .
Chân số 8 (Vcc): Không cần nói cũng bít đó là chân cung cấp áp và dòng
cho IC hoạt động. Không có chân này coi như IC chết. Nó được cấp điện áp
từ 2V -->18V (Tùy từng loại 555 thấp nhất là con NE7555)

Cấu tạo bên trong và nguyên tắc hoạt động:
-

Cấu tạo:

Nhóm Super Girls - ĐHBKHN

Page 11


Mạch đèn cảm biến ánh sáng
-

Nguyên tắc hoạt động:

Nhóm Super Girls - ĐHBKHN

Page 12


Mạch đèn cảm biến ánh sáng

Phần 3: Sơ đồ nguyên lý và mô phỏng hoạt động của mạch

Sơ đồ nguyên lý :

Nguyên lý hoạt động:
-

Khi có ánh sáng chiếu vào quang trở thì điện trở của quang trở giảm dòng
điện qua quang trở tăng điện trở 10K sẽ có tác dụng phân áp đồng thời điện
trở R4 4K7 tạo áp định thiên nạp tụ C2 và tạo xung kích cho tín hiệu +5V ra
chân số 3 đèn led sáng. khi không có ánh sáng thì ngược lại điện trở ldr 3
tăng lên tới 1M Ω dòng qua nó xấp xỉ bằng 0 lúc này điện trở R2 10K nối
chân số 2 xuống đất tạo ra 1 xung âm -5V làm đèn led tắt..

Nhóm Super Girls - ĐHBKHN

Page 13


Mạch đèn cảm biến ánh sáng

Mô phỏng proteus:

Nhóm Super Girls - ĐHBKHN

Page 14


Mạch đèn cảm biến ánh sáng

Phần 4: Triển khai và chạy thử
Sau khi đã lắp được mạch, nhóm em đã demo sản phẩm và thu được kết quả sau :
Khi có ánh sáng :

Khi trời tối :

Nhóm Super Girls - ĐHBKHN

Page 15


Mạch đèn cảm biến ánh sáng

Phần 5 Đánh giá ưu nhược điểm của mạch và kết luận
-

-

Ưu điểm:
•

Nhỏ gọn.

•

Tiết kiệm điện.

•

Hiệu quả sử dụng cao, an toàn.

•

Dễ lắp đặt, thay mới.

Nhược điểm:
•

Trên thị trường hiện nay có nhiều sản phẩm nhái, giá rẻ nhưng độ bền
thấp, chất lượng kém gây mất lòng tin của người tiêu dùng vào mặt hàng
này.

Phần 6 Tài liệu tham khảo

Nhóm Super Girls - ĐHBKHN

Page 16


Mạch đèn cảm biến ánh sáng

/>%ADn-C%E1%BA%A3m-bi%E1%BA%BFn-anh-sang-dung-IC555

Cuối cùng nhóm Super Girls chúng em
xin chân thành cảm ơn thầy đã đóng
góp ý kiến giúp chúng em hoàn thành
tốt đề tài này.
Chúc thầy ngày mới vui vẻ!!!

Nhóm Super Girls - ĐHBKHN

Page 17