Mạch cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở (LDR)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
******

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
Đề tài 10: Mạch cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở (LDR).
Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Vũ Thắng.
Sinh Viên Thực Hành: 1. Nguyễn Thanh Tùng – MSSV: 20136765

2. Phạm Thị Thu Hiền – MSSV: 20135523
3. Bùi Thị Hạnh

– MSSV: 20135471

4. Lê Minh Chánh

– MSSV:20155150

5. Phạm Quốc Bảo

– MSSV:20121268
1


Mục lục
Mục lục........................................................................................................................................................2

2


I.

ĐẶT VẤN ĐỀ

I.1 Lý do chọn sản phầm:
-

Điện năng là một nguồn năng lượng rất quan trọng trong cuộc sống hiện đại, chính vì vậy mà

-

điện cần phải sử dụng trong đời sống một cách thích hợp.
Mạch cảm biến ánh sáng ra đời giúp tiết kiệm rất nhiều điện năng và công sức điều khiển hệ
thống chiếu sáng.

I.2 Ứng dụng:
Mạch cảm biến được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều thiết bị chiếu sáng quen thuộc như đèn
đường, đèn công viên, đèn cầu thang, ...
I.3 Sản phẩm đã được ứng dụng trên thị trường:
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều sản phẩm ứng dụng của mạch cảm biến ánh sáng phục
vụ cho mục địch chiếu sáng

và một số mục đích khác. Dưới đây là một số ví dụ:

Đèn Đường LED Cảm Biến Quang 30W:

Tính năng:
- Tự động tắt bật dựa
trên điều kiện ánh sáng
môi trường.
- Tiêu chuẩn chống

nước IP65.
- Tản nhiệt tối ưu.
- Tuổi thọ 50,000 giờ.
- Chống sét quá tải.

3


Thiết Bị Cảm Biến Quang Điện AS2403A:

Tính năng:
- Cảm biến ánh sáng ON/ OFF theo điều kiện môi trường.
- Tuổi thọ và độ bền cao.
- Nhiệt độ làm việc: -10oC đến 40oC.
- Ứng dụng: biển quảng cáo, chiếu sáng công cộng…
II.

ĐIỀU TRA SẢN PHẨM:

II.1

Tiêu chí chức năng

-

Đèn LED phải tự động bật/tắt tùy theo cường độ ánh sáng chiếu vào quang trở.

-

Mạch đơn giản, dễ tùy biến và có độ nhạy cao.

-

Hoạt động ổn định khi sử dụng nguồn một chiều 4-6 V.

-

Tín hiệu đầu vào: Tín hiệu ánh sáng chiếu vào quang trở.

-

Tín hiệu đầu ra: ánh sáng đèn LED.

II.2

Tiêu chí phi chức năng:

-

Kích thước nhỏ gọn tiện lợi: Nhỏ hơn nhiều so với các sản phẩm ngoài thị trường.

-

Tuổi thọ cao.

-

Giá thành rẻ.

III.

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN SẢN PHẨM

III.1

Sơ đồ khối.

4


Khối nguồn

Dòng điện

Khối cảm biến

tín hiệu điện

Khối hiển thị

Tác động

Tác nhân

Tác nhân: ánh sáng tự nhiên (ánh sang mặt trời) hoặc ánh sáng nhân tạo (bóng đèn).
Khối cảm biến: có chức năng biến tín hiệu ánh sang thành tín hiệu điện, ở đây ta dùng quang trở.
Khi được ánh sang 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 ta dùng nguồn 6V.
Khối hiển thị: hiển thị ánh sáng ( đèn led).

3.2.

Linh kiện sử dụng.

Điện trở.
Hiểu một cách đơn giản - Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn
điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùng
lớn.
Giá trị điện trở được tính theo đơn vị Ohm (Ω), kΩ, MΩ, hoặc GΩ.
5


Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào chất liệu, độ dài và tiết diện của dây, được tính theo công
thức sau:
R = ρ.L / S
Trong đó :
ρ là điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệu
L là chiều dài dây dẫn
S là tiết diện dây dẫn
R là điện trở đơn vị là Ohm.
Cách ghi và đọc tham số điện trở

6


Điện trở thường được ký hiệu bằng 4 vòng mầu , điện trở chính xác thì ký hiệu bằng 5 vòng
mầu.
Cách đọc điện trở 4 vòng mầu
- Vòng số 4 là vòng ở cuối luôn luôn có mầu nhũ vàng hay nhũ bạc, đây là vòng chỉ sai số của

điện trở, khi đọc trị số ta bỏ qua vòng này.
- Đối diện với vòng cuối là vòng số 1, tiếp theo đến vòng số 2, số 3
- Vòng số 1 và vòng số 2 là hàng chục và hàng đơn vị .
- Vòng số 3 là bội số của cơ số 10.
- Trị số = (vòng 1)(vòng 2) x 10 ( mũ vòng 3).
- Có thể tính vòng số 3 là số con số không "0" thêm vào.
- Mầu nhũ chỉ có ở vòng sai số hoặc vòng số 3, nếu vòng số 3 là nhũ thì số mũ của cơ số 10 là
số âm.
Cách đọc trị số điện trở 5 vòng mầu :
- Vòng số 5 là vòng cuối cùng , là vòng ghi sai số, trở 5 vòng mầu thì mầu sai số có nhiều mầu,
do đó gây khó khăn cho ta khi xác điịnh đâu là vòng cuối cùng, tuy nhiên vòng cuối luôn có
khoảng cách xa hơn một chút.
- Đối diện vòng cuối là vòng số 1.
- Tương tự cách đọc trị số của trở 4 vòng mầu nhưng ở đây vòng số 4 là bội số của cơ số 10,
vòng số 1, số 2, số 3 lần lượt là hàng trăm, hàng chục và hàng đơn vị.
- Trị số = (vòng 1)(vòng 2)(vòng 3) x 10 ( mũ vòng 4).
7


- Có thể tính vòng số 4 là số con số không "0" thêm vào
Transistor.
Transistor hay tranzito là một loại linh kiện bán dẫn chủ động, thường được sử dụng như một
phần tử khuếch đại hoặc một khóa điện tử.
Cấu tạo của Transitor
Transitor hay còn gọi là bóng dẫn gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp
giáp P-N , nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận , nếu ghép theo thứ tự NPN ta
được Transistor ngược. về phương diện cấu tạo Transistor tương đương với hai Diode đấu ngược
chiều nhau. Cấu trúc này được gọi là Bipolar Junction Transitor (BJT) vì dòng điện chạy trong
cấu trúc này bao gồm cả hai loại điện tích âm và dương (Bipolar nghĩa là hai cực tính)

Diode - LED.
Điốt bán dẫn hay Điốt là một loại linh kiện bán dẫn chỉ cho phép dòng điện đi qua nó theo một
chiều mà không theo chiều ngược lại.
LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) là các điốt có khả năng
phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một
khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n.

8


Ký hiệu:

Để có ánh sáng liên tục, người ta phân cực thuận LED. Tùy theo vật liệu cấu tạo, điện thế thềm
của LED thay đổi từ 1 đến 2.5V và dòng điện qua LED tối đa khoảng vài mA.
Quang trở (LDR).
LDR ( quang điện trở) là 1 loại cảm biến ánh sáng đơn giản, nguyên tắc hoạt động dựa vào hiện
tượng quang điện trong.
Nguyên lý làm việc của quang điện trở là khi ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn (có thể là
Cadmium sulfide – CdS, Cadmium selenide – 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
điện trở dĩ nhiên tùy thuộc vào vật liệu dùng trong chế tạo.
Khi ánh sáng kích thích chiếu vào LDR thì nội trở của LDR sẽ giảm xuống , tiến về 0 ôm( mạch
kín).
Nhưng khi ánh sáng kích thích ngừng thì nội trở tăng đến vô cùng( hở mạch).

Ký hiệu:

9

3.3.

Sơ đồ nguyên lý:

LINH KIỆN ĐƯỢC SỬ DỤNG:
•

Điện trở: Sử dụng 4 điện trở:
R1= 1 kΩ, R2= 470Ω, R3= 4.7kΩ, R4=330Ω.

•

Transistor: Sử dụng 2 transistor BC547.

•

Đèn LED.
10


•

Quang trở (LDR).

•

Nguồn: sử dụng 1 viên pin 6V (hoặc 4 viên pin 1.5 V mắc nối tiếp).
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:
Khi bạn chặn ánh sáng chiếu vào LDR, thì transistor Q1 đóng và transistor Q2 thông, do đó LED
D1 được nối đất: LED D1 sáng.

3.4.

Mô phỏng mạch trên Proteus:

Tiến hành mô phỏng trên Proteus (sử dụng đèn LED màu xanh): Chạy thử: Ban đầu cho giá trị
ánh sáng chiếu vào quang trở là 6.0. Đèn LED không sáng.

Giảm dần giá trị ánh sáng xuống đến 5.4 thì thấy đèn sáng:

11


Vậy mạch mô phỏng hoạt động đúng theo yêu cầu đã đề ra. Có thể tiến hành lắp mạch sản phẩm.
Layout:

IV.

THỰC HIỆN SẢN PHẨM
12


Sau khi mua linh kiện và lắp ráp theo sơ đồ nguyên lý đã đề ra được sản phẩm hoàn thiện:

Kết quả chạy thử: Sau khi chạy thử 10 lần, mạch chạy đúng theo yêu cầu đã đề ra: Đèn LED tắt
khi có ánh sáng và bật khi không có ánh sáng chiếu vào quang trở.
Nhận xét: Mạch thiết kế đúng, sản phẩm hoạt động tốt.
V.

KẾT LUẬN:

Sau khoảng thời gian vài tuần nghiên cứu và thực hiện sản phẩm với chi phí rẻ và công sức của
tất cả mọi thành viên trong nhóm chúng em đã thiết kế thành công sản phẩm Mạch Đèn Cảm
Biến Ánh Sáng với tính ứng dụng thực tế cao. Sau nhiều lần thử nghiệm đã cho thấy sản phẩm
hoạt động tốt. Sau khi hoàn thành chúng em đã thu được nhiều kinh nghiệm bổ ích để tạo ra một
sản phẩm điện tử đơn giản từ khâu thiết kế đến thực hiện và hoàn thiện. Cuối cùng em xin cảm
ơn thầy Nguyễn Vũ Thắng đã giúp đỡ chúng em trong quá trình thực hiện!
HẾT!

13