thiết kế mạch chống trộm sử dụng hồng ngoại

Mạch chống trộm dung hồng ngoại

Tp Hồ Chí Minh, ngày …tháng … năm…

MỤC LỤC
Trang
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ………………………………………….2
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ MỘT VÀI LINH KIỆN ĐƯỢC SỬ DỤNG
TRONG MẠCH
1.1. Điện trở…………………………………………………………………...4
1.2. Tụ điện……………………………………………………………………5
1.3. Tranzitor………………………………………………………….……….6
1.4. Diode_Led, led hồng ngoại và mắt thu………………………….………..6
1.5. IC NE555……………………………………………………….………9
1.7. OP-AMP….………………………………………………………..…..13
1.8 loa phát…………………………………………………………………13
CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NHIỆM VỤ CÁC KHỐI CHÍNH
2. 1. Sơ đồ khối phát hồng ngoại……………………………………….…….14
2.2. Sơ đố khối thu hồng ngoại…………………………………………..…..15
CHƯƠNG III: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
3.1. Khối phát và thu tín hiệu hồng ngoại ………………………………………..16
3.. Khối phát tín hiệu báo động…………………………………………..….16
CHƯƠNG IV: THI CÔNG ĐỀ TÀI …………………….………….……..17
CHƯƠNG V: KẾT LUẬN…………………………………………………18
Báo cáo CAD/CAM

Trang 1


Mạch chống trộm dung hồng ngoại

5.1. Ưu điểm……………………………………………………………….…18
5. 2. Nhược điểm…………………… …………………………………….…..18
5.3 tài liệu tham khảo ……………………………………………..…………18
5.4 phần mền sử dụng ……………………………………………..………..18

Báo cáo CAD/CAM

Trang 2


Mạch chống trộm dung hồng ngoại

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ MỘT VÀI LINH KIỆN ĐƯỢC
SỬ DỤNG TRONG MẠCH
1.1Điện 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:

Hình 1.1 điện trở
- 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)

Báo cáo CAD/CAM

hình 1.2 vòng màu điện trở

Trang 3


Mạch chống trộm dung hồng ngoại

- Phần cuối cùng: (không cần quan tâm nhiều)là vạch màu nằm tách biệt với ba
vạch màu trước, thường có màu hoàng kim hoặc màu bạc, dùng để xác định sai
số của giá trị điệntrở, hoàng kim là 5%, bạc là 10%.
Biến trở

Hình 1.3 biến trở
1.2.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.
-Loại có 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
Hình 1.4 tụ điện
Biểu tượng trên mạch điện:

Báo cáo CAD/CAM

Trang 4


Mạch chống trộm dung hồng ngoại

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.
1.3. Tranzitor

Kí hiệu : transistor NPN
Q 1

Hình 1.5 tranzitor

Transistor PNP

Báo cáo CAD/CAM

Q 2

Trang 5


Mạch chống trộm dung hồng ngoại

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.
1.4. Diode_Led, Led hồng ngoại và mắt thu
- Diode thường

Hình 1.6 cấu tạo diode
- 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
Hình 1.7 led hồng ngoại và mắt thu

Báo cáo CAD/CAM

Trang 6


Mạch chống trộm dung hồng ngoại

Báo cáo CAD/CAM

Trang 7


Mạch chống trộm dung hồng ngoại

Modul mắt thu trên thì trường có 2 loại module mắt thu tín hiệu hồng ngoại . Một loại
vỏ sắt và 1 loại vỏ bằng nhựa. Dùng loại module này chống được nhiễu bên ngoài và
thu được tín hiệu xung quanh nó

1.6. IC NE555.
IC NE555 gồm có 8 chân.
- Chân số 1(GND): cho nối mass để lấy dòng cấp cho IC

hình 1.9 IC NE555

- 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 mass 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 mass. Tuy
nhiên trong hầu hết các mạch ứng dụng chân số 5 nối mass 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 bởi
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

Báo cáo CAD/CAM

Trang 8


Mạch chống trộm dung hồng ngoại

= [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.

Hình 1.10 cấu tạo IC NE555
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
Khi R = [1] thì

= [0].

= [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

Báo cáo CAD/CAM

vẫn

Trang 9


Mạch chống trộm dung hồng ngoại

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
transistor

không đổi giá trị, tụ C xả điện thông qua

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 ...

hình 1.11 mạch tạo xung IC555

Báo cáo CAD/CAM

Trang 10


Mạch chống trộm dung hồng ngoại

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 nguồn âm.
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
Ts
Từ các công thức trên ta có thể tạo ra một
dao động xung vuông có độ rộng Tm và Ts
Sau khi đã tạo ra xung có Tm và Ts ta có T = Tm + Ts và f = 1/ T

Báo cáo CAD/CAM

bất

kỳ.

Trang 11


Mạch chống trộm dung hồng ngoại

1.7.Op-amp
LM358 là bộ khuếch đại thuật toán kép, công suất thấp, bộ khuếch đại này có
ưu điểm hơn so với các bộ khuếch đại thuật tóa chuẩn trong các ứng dunhj
nguồn đơn. Chúng có thể hoạt động ở nguồn điện áp thấp từ 3V hoặc cáo đến
32V, với dòng tĩnh khoảng 1/5 dòng tĩnh của MC1741.
Các đặc trưng của IC LM358:

1. Công suất cực máng thấp
2. Có 2 bô khuếch đại thuật toán bên trong IC, có độ lợi cao.
3. Tương thích với nhiều loại mạch logic.
4. Các chân lối ra tương thích với khuếch đại thuật toàn kép.
Sơ đồ chân của LM358

LM358 gồm 2 bộ khuếch đại hoạt động. Mỗi Opam có 2 đầu vào(đầu đảo
và không đảo). Opam đầu ra ở mức cao khi điện áp không đảo lớn hơn
điện áp đảo và mức thấp khi điện áp đảo lớn hơn điện áp không đảo.

Báo cáo CAD/CAM

Trang 12


Mạch chống trộm dung hồng ngoại

1.8.Loa phát
Là loại loa nhỏ, đơn giản.
Hai chân:một chân cấp nguồn (màu đỏ),chân còn lại nối mass (màu đen)

Báo cáo CAD/CAM

Trang 13


Mạch chống trộm dung hồng ngoại

CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NHIỆM VỤ CÁC KHỐI
CHÍNH

2.1. Sơ đồ khối phát hồng ngoại

Hình 2.1 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 bit của một mã lệnh.
- 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

Báo cáo CAD/CAM

Trang 14


Mạch chống trộm dung hồng ngoại

trị bit=’0’ thì LED không sáng. Do đó bên thu không nhận được tín hiệu xem
như bit = ‘0’ .
2.2. Sơ đố khối thu hồng ngoại

Hình 2.2 sơ đồ 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.

Báo cáo CAD/CAM

Trang 15


Mạch chống trộm dung hồng ngoại

CHƯƠNG III: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT
ĐỘNG
3.2. Khối phát và thu tín hiệu hồng ngoại, khối phát tín hiệu báo động
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. Mạch có độ phát xa khoảng 6m.
Mắt thu nhận tín hiệu từ mạch phát đưa đến opamp để nó khuếch đại lên sau đó chỉnh
lưu và lọc thành áp DC. Áp DC này sẽ được so sánh với áp chuẩn. Tín hiệu ra được
kích vào chân số 2 của IC555. IC555 đóng vai trò như 1 mạch đơn ổn khi có tín hiệu
kích vào nó thì nó sẽ làm loa báo động vang lên một thời gian và tắt.
Bình thường thì loa báo động không kêu nhưng khi có người đi qua thì nó sẽ làm cho
mắt thu mất tín hiệu , áp chỉnh lưu giảm xuống kích IC555 làm loa vang lên

Hình 3 sơ đồ nguyên lý
jhin

Báo cáo CAD/CAM

Trang 16


Mạch chống trộm dung hồng ngoại

CHƯƠNG IV: THI CÔNG ĐỀ TÀI

Báo cáo CAD/CAM

Trang 17


Mạch chống trộm dung hồng ngoại

CHƯƠNG V : KẾT LUẬN
5.1 Ưu điểm

Mạch đơn giản,dễ sử dụng ít tốn kém có thể sử dụng rộng rãi ở nhiều nơi.
5.2 Nhược điểm
Dễ bị nhiễu do ánh sáng trắng đi vào mắt thu
Khoảng cách giữa mạch phát và mạch thu còn hạn chế
5.3 tài liệu tham khảo
5.3.1 />5.3.2. Datasheet của ICNE555, op-amp 741 www.datasheetall.com
5.3.3. Các bài viết trên các diễn đàn điện tử
- Diễn đàn www.dientuvietnam.net
Và một số tài liệu trên google.com
5.4 phần mềm sử dụng
Protues 7.5 phần mềm sử dụng để thiết kế mạch
Orcad: phần mềm thiết kế layout.

Báo cáo CAD/CAM

Trang 18