MẠCH BÁO TRỘM DÙNG TIA HỒNG NGOẠI

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
Lời mở đầu:
Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành Kỹ thuật
Điện tử. Đời sống xã hội ngày càng phát triển cao dựa trên những ứng dụng của khoa
học vào đời sống. Vì vậy mà những công nghệ điện tử mang tính tự động ngày càng
được ứng dụng rộng rãi. Một trong những ứng dụng rất quan trọng của ngành công nghệ
điện tử là kỹ thuật điều khiển từ xa bằng hồng ngoại. Sử dụng hồng ngoại được ứng
dụng rất nhiều trong công nghiệp và các lĩnh vực khác trong cuộc sống với những thiết
bị điều khiển từ xa rất tinh vi và đạt được năng suất, kinh tế thật cao.
Mạch chống trộm bằng tia hồng ngoại là 1 ứng dụng giúp người sử dụng có thể
đảm bảo an ninh cho những nơi cần thiết (nhà ở, cơ quan...)
Nhiêm vụ đề tài:
Tên đề tài: “Thiết kế mạch chống trộm bằng tia hồng ngoại”.
1. Các linh kiện có sẵn
2. Nội dung cần hoàn thành
 Phần lí thuyết:
- Tính cấp thiết của đề tài.
- Giới thiệu chung về một số linh kiện
- Sơ đồ khối và nhiệm vụ của các khối chính
- Sơ đồ nguyên lý và nguyên tắc hoạt động.
- Quyển thuyết minh và các bản vẽ mô tả đầy đủ nội dung của đề tài.
 Sản phẩm:
- Hoạt động ổn định.
- Đạt yêu cầu kĩ thuật và mỹ thuật.
Mục đích, yêu cầu của đề tài:
Dùng tia hồng ngoại để phát hiện vật cản và báo động qua loa.

NTH: Nhóm 2

Lớp: D14CQDT02-N

Trang 1


CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH
1.1. Các linh kiện sử dụng.
 Mạch báo trộm dùng hồng ngoại:
Điện trở 100 ohm, 10K ohm, 330 ohm,
Biến trở 10K ohm,
Diode_Led, Led hồng ngoại và mắt thu,
Op-amp (LM358),
Loa phát.
 Mạch ổn áp:
Tụ hóa 1000uF, 100uF,
Tụ gốm 104,
Điện trở 330 ohm,
Diode_Led,
IC ổn áp LM7805,
JAC DC 12V.
1.2. Nguyên lý một số linh kiện phục vụ cho việc thi công.
1.2.1. 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 điện trở trong mạch điện.
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.


CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH

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

Hình 1.2: Vòng màu điện trở
Phần cuối cùng: 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 điện trở, hoàng kim
là 5%, bạc là 10%.
Biến trở

Hình 1.3: Biến trở
1.2.2. Tụ điện:


CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH

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:

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

CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH

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.
1.2.3. 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


CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH

Hình 1.7: Led hồng ngoại và mắt thu

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

1.2.4. Op-amp (LM358):
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 cao đến 32V, với dòng tĩnh
khoảng 1/5 dòng tĩnh của MC1741.
Các đặc trưng của IC LM358:


CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH

• Công suất cực máng thấp
• Có 2 bô khuếch đại thuật toán bên trong IC, có độ lợi cao.
• Tương thích với nhiều loại mạch logic.
• 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 Op-am có 2 đầu vào (đầu đảo và
không đảo). Op-am 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.

1.2.5. IC ổn áp LM7805


CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH

Các kiến thức cơ bản về LM7805:

• Dòng cực đại có thể duy trì 1A.
• Dòng đỉnh 2.2A.
• Công suất tiêu tán cực đại nếu không dùng tản nhiệt: 2W
• Công suất tiêu tán nếu dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W
Công suất tiêu tán trên ổn áp nối tiếp được tính như sau:
Pd = (Ui - Uo) * I
Trong đó:
Ui - áp lối vào
Uo - áp lối ra
I - dòng sử dụng
Nếu đặt Ui quá cao làm công suất tiêu tán trên IC lớn ---> giảm hiệu suất
Với 7805 thì cần có lối vào ít nhất là 7V.
• Công suất tiêu tán max 2W
• Dòng max 1A
• Chênh lệch áp vào ra tối thiểu 2V (Ui - Uo) = Pd / I = 2 V

Các đặc trưng của họ 78xx như sau:
• Output Current up to 1A (Dòng ra lên tới 1A)
• Output Voltages of 5, 6, 8, 9, 10, 12, 15, 18, 24V (Thế lối ra ứng với ký

hiệu xx - lưu ý riêng con 78L62 là ổn áp 6V2)
• Thermal Overload Protection (Bảo vệ quá nhiệt)
• Short Circuit Protection (Bảo vệ ngắn mạch)


CHƯƠNG I: CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH
• Output Transistor Safe Operating Area Protection (Giữ vùng hoạt động

an toàn cho Trans công suất)

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


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

CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NHIỆM VỤ CỦA 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.


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

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’.
2.2. 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.


CHƯƠNG III: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ THI CÔNG MẠCH

CHƯƠNG III: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ THI CÔNG MẠCH
3.1. Mạch chống trộm dùng tia hồng ngoại.
3.1.1. Khối phát và thu tín hiệu hồng ngoại, khối phát tín hiệu báo động:
Mắt phát hồng ngoại sẽ phát ra sóng ánh sáng có bước sóng hồng ngoại, ở mắt thu
bình thường thì có nội trở rất lớn (khoảng vài trăm kilo ôm), khi mắt thu bị tia hồng
ngoại chiếu vào thì nội trở của nó giảm xuống (khoảng vài chục ôm).
Mạch dùng một con Op-am LM358 nhằm mục đích tạo ra các mức logic 0 và 1

bằng cách so sánh 2 giá trị điện áp của biến trở và điện áp trên Anot của mắt thu hồng
ngoại. Nếu khi có tia hồng ngoại phản xạ chiếu vào mắt thu bởi vật cản thì nội trở mắt
nhận giảm nên điện áp trên cực Anot của mắt thu sẽ tăng lên, khi điện áp này lớn hơn
điện áp của biến trở bằng điện trở thì mức điện áp ra sẽ là VCC (tương ứng với logic 1),
ngược lại là mức logic 0.
Mắt thu nhận tín hiệu từ tia hồng ngoại được phản xạ lại bởi vật cản 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 sẽ làm loa báo động vang lên.
Bình thường thì loa báo động không kêu nhưng khi có người (hoặc vật) đi qua thì
nó sẽ làm cho mắt thu mất tín hiệu , áp chỉnh lưu giảm xuống làm loa vang lên.
Mạch có sử dụng biến trở 10K để điều chỉnh khoảng cách phát của led phát hồng
ngoại và khoảng cách thu của mắt thu hồng ngoại.


CHƯƠNG III: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ THI CÔNG MẠCH

3.1.2. Sơ đồ nguyên lý:

3.1.3. Mạch in (Layout):
Layout 2D


CHƯƠNG III: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ THI CÔNG MẠCH

Layout 3D

3.2. Mạch ổn áp.
3.2.1. Chức năng và nguyên lý hoạt động của mạch ổn áp:
Chức năng: Như chúng ta đã biết thì nguồn điện là một phần rất quan trọng đối với
một mạch điện hay hệ thống điện nào đó. Nguồn điềnh ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt

động của mạch hay hệ thống. Đối với mỗi mach điện hay hệ thống nó cần đòi hỏi các
nguồn đầu vào khác nhau từ một nguồn đầu vào cố định hay có sẵn. Nguồn DC được sử
dụng rất rộng rãi và được sử dụng hầu hết trong các mạch điện hay các hệ thống điện.
Nhưng để sử dụng nguồn DC vào hệ thống của mình thì nguồn DC này cần phải được
biến đồi thành nguồn DC khác hay nhiều nguồn DC cung cấp cho hệ thống. Trong đề tài
này, nhóm 2 đã sử dụng một đầu nguồn vào 12V và biến đổi điện áp từ 12V xuống 5V
để cấp nguồn ổn định cho mạch hoạt động.
Nguyên lý hoạt động: Để biến đổi điện áp nguồn vào 12V sang điện áp nguồn ra là
5V thì ta phải nắm rõ nguyên lý của 2 mạch: mạch lọc và mạch ổn áp.
Mạch lọc: Có nhiệm vụ sang bằng điện áp một chiều đập mạch thành điện áp một
chiều ít nhấp nhô hơn.


CHƯƠNG III: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ THI CÔNG MẠCH

Khi điện áp một chiều tăng từ 0 đến VMAX, tụ điện được nạp điện đến giá trị
UMAX.
Khi điện áp ra giảm từ đỉnh về 0, tụ điện xả điện bù vào sự giảm điện áp trên phụ
tải, nhờ vậy mà duy trì được mức điện áp theo thời gian, giảm độ gợn sóng của điện áp
một chiều đập mạch, đồng thời giá trị trung bình của điện áp một chiều ở ngõ ra cũng
tăng lên.
Điện áp ra một chiều có một độ gợn sóng nhỏ phụ thuộc vào tải, nếu dòng tải nhở
tụ phóng điện yếu do độ gợn sóng nhỏ, nếu dòng tải lớn tụ điện phóng điện nhiều hơn
do đố độ gợn sóng lớn độ gớn sóng cũng phụ thuộc vào điện dung của tụ điện.
Mạch ổn áp: có nhiệm vụ ổn định điện áp ở đầu ra,cung cấp điện áp ổn đinh cho tải
tiêu thụ.
3.2.2. Sơ đồ nguyên lý:


CHƯƠNG III: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ THI CÔNG MẠCH

3.2.3. Mạch in (Layout):
Layout 2D

Layout 3D


CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN
4.1. Đánh giá sản phẩm:

Ưu điểm
Mạch đơn giản, dễ sử dụng ít tốn kém có thể sử dụng rộng rãi ở nhiều nơi.
Độ chính xác khi phát thu tia hồng ngoại ở cự ly từ 20cm - 40cm.
Nhược điểm
Dễ bị nhiễu do ánh sáng trắng đi vào mắt thu hoặc phát thu tia hồng ngoại ở cự
ly xa.
Khoảng cách giữa mạch phát và mạch thu còn hạn chế.
4.2. Mở rộng đề tài:
Hướng phát triển của đề tài có thể được mở rộng ra bằng việc sử dụng các loại cảm
biến laser, thân nhiệt... hay dùng vi điều khiển, kết hợp với ngõ ra tác động đến chuông
báo, module sim gửi tin nhắn đến điện thoại, camera an ninh quay hình lại.

TÀI LIỆU THAM KHẢO:
Web: codientu.com
Datasheet của LM358, LM7805
Các bài viết trên các diễn đàn điện tử
Diễn đàn www.dientuvietnam.net