báo cáo đồ án kỹ thuật điện tử mạch cảm biến ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TPHCM
KHOA CƠ ĐIỆN ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
“MẠCH CẢM BIẾN ÁNH SÁNG”
Giáo viên hướng dẫn: Đoàn Thị Bằng
Sinh viên thực hiện: Võ Xuân Phong
Lớp: 16DDCA2
Mã số sinh viên: 1611020117
Khóa: 2016-2020

TP.Hồ Chí Minh,2018


Mục lục:


LỜI NÓI ĐẦU
Trong cuộc sống ngày nay, điện là một phần không thể thiếu. Hầu hết tất
cả các đồ dùng trong gia đình, thiết bị chiếu sáng, những chiếc điện thoại và
các máy móc trong công nghiệp đều sử dụng điện.
Nhưng điện không phãi là nguồn năng lượng vô hạn, chúng sẽ cạn dần
theo thời gian. Chính vì vậy điện cần sự dụng một cách thích hợp và tiết kiệm.
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 chiếu sáng.
Vì vậy chúng em đã thực hiện đồ án “Đèn cảm biến ánh sáng bằng
quang trở”. Nhằm mục đích đảm bảo nhu cầu chiếu sáng đồng thời tiết kiệm
điện và công sức con người.
Với sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Vạn Quốc em đã hoàn
thành bài báo cáo đồ án này.Tuy đã cố gắn hết sức tìm hiểu, phần tích thiết kế

và thi công mạch nhưng cũng không trách những sai sót. Em mong nhận được
sự thông cảm và góp ý của các thầy cô. Em xin chân thành cảm ơn.

3


1. Linh kiện điện tử:
Trong mạch cảm biến ánh sáng dùng quang trở gồm những linh kiện:
•
•
•
•
•
•

Quang trở
Transistor
Điện trở
Rơle
Biến trở
Đèn led

a) 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).

4


b) Transistor (BJT):
Transistor là linh kiện được tạo thành bởi 2 lớp tiếp xúc P-N ghép liên tiếp, miền
giữa có bề rộng nhỏ tạo 2 tiếp xúc P-N gần nhau.
Trans có 3 chân nối ra ngoài:
- Cực E(emitter): còn được gọi là cực phát, được pha đậm nên nồng độ hạt dẫn đa
số của nó lớn, khả năng sinh dòng lớn.
- Cực C(collector): được gọi là cực thu, vùng này cũng được pha đậm( nhưng nhạt
hơn vùng E) để có độ dẫn điện tốt.
- Cực B(Base): được gọi là cực nền, vùng này được pha rất nhạt, rất mỏng, cực B
dùng để điều khiển dòng hạt tải phát ra từ cực E.

Transistor có 3 chế độ hoạt động:
•
•
•

Chế độ tắt hay ngưng dẫn: Khi mối nối BE, BC phân cực ngịch: =0 thì =0.
Chế độ khuếch đại: khi mối nối BE phân cực cực thuận,, mối nối BC phân
cực nghịch:>0, thì =β.
Chế độ khuếch đại bảo hòa: Khi mối nối BE và BC phân cực thuận: tăng
nhưng giảm(<β) và ≤0

c) Điện trở:
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.

5


Kí hiệu của điện trở là R
Đơn vị là OHM (ôm)
1Kilo ôm = 1.000 ôm
1 mêga ôm = 1.000 kilo ôm = 1.000.000 ôm

R=
trong đó:
U: là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đo bằng vôn (V).
I: là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đo bằng ampe (A).
R: là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng Ohm (Ω).
Ví dụ:
Có một đoạn dây dẫn có điện trở là 1Ω và có dòng điện 1A chạy qua thì điện áp giữa hai
đầu dây là 1V.
Cách ghi và đọc tham số điện trở:

Điện trở thường được ký hiệu bằng 4 vòng mầu , điện trở chính xác thì ký hiệu bằng 5
vòng mầu.
* Cách đọc trị số điện trở 4 vòng mầu :
6


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).
- Có thể tính vòng số 4 là số con số không "0" thêm vào.
7


Ví dụ:
Điện trở 4 vạch màu ở phía trên có giá trị màu lần lượt là: xanh lá cây/xanh da
trời/vàng/nâu sẽ cho ta một giá trị tương ứng như bảng màu lần lượt là 5/6/4/1%. Ghép
các giá trị lần lượt ta có 56×104Ω=560kΩ và sai số điện trở là 1%.
Tương tự điện trở 5 vạch màu có các màu lần lượt là: Đỏ/cam/tím/đen/nâu sẽ
tương ứng với các giá trị lần lượt là 2/3/7/0/1%. Như vậy giá trị điện trở chính là
237×100=237Ω, sai số 1%.
Ứng dụng của điện trở: Điện trở có mặt ở mọi nơi trong thiết bị điện tử và như vậy điện
trở là linh kiện quan trọng không thể thiếu được , trong mạch điện , điện trở có những tác
dụng sau :
• Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp.
• Mắc điện trở thành cầu phân áp.

• Phân cực cho bóng bán dẫn hoạt động.
• Tham gia vào các mạch tạo dao động R C.

d) Rơle:
Rơle (relay) là một chuyển mạch hoạt động bằng điện. Dòng điện chạy qua cuộn
dây của rơle tạo ra một từ trường hút lõi sắt non làm thay đổi công tắc chuyển mạch.
Dòng điện qua cuộn dây có thể được bật hoặc tắt vì thế rơle có hai vị trí chuyển mạch
qua lại.
Các chân đấu nối và chân chuyển mạch của rơle thường được ký hiệu là COM
(POLE), NC và NO:
COM/POLE = là chân chung, là nơi kết nối đường cấp nguồn chờ.
NC và NO là 2 chân chuyển đổi.
Trong đó: NC là điểm thường đóng, chân COM/POLE được kết nối với NC khi
cuộn dây rơle không nhiễm từ (khi 2 đầu cuộn dây không được cấp điện).
NO = là điểm thường mở, COM/POLE được kết nối với NO khi cuộn dây rơle được từ
hóa (được cấp điện).

8


Hình ảnh minh họa một rơle điện:

Cấu tạo và các chân của rơle:

Hai chân A, B là 2 đầu của cuộn dây (nơi cấp nguồn nuôi cuộn hút).
Bình thường, khi cuộn hút chưa được cấp điện, chân COM/POLE luôn kết nối với chân
NC (thường đóng). Khi cuộn dây A, B được cấp điện, chân COM/POLE được kết nối với
chân NO (thường mở) của rơle.

Ứng dụng của rờ-le:

Nhìn chung, công dụng của rờ-le là "dùng một năng lượng nhỏ để đóng cắt nguồn
năng lượng lớn hơn". Ví dụ như bạn có thể dùng dòng điện 5V, 50mA để đóng ngắt dòng
điện 120V,2A.
Rờ-le được dùng khá thông dụng trong các ứng dụng điều khiển động cơ và chiếu
sáng.
9


Nó cũng thường thấy trong động xe hơi, khi chỉ cần nguồn 12V là có thể điều
khiển được dòng rất lớn. Ở các thế hệ xe hơi đời sau, nhà sản xuất kết hợp rờ-le với cầu
chì chung một vỏ để dễ dàng bảo trì.

e) Biến trở:
Biến trở là các thiết bị có thuần có thể biến đổi được theo ý muốn. Chúng có thể
được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động của mạch điện.
Điện trở của thiết bị có thể được thay đổi bằng cách thay đổi chiều dài của dây dẫn
điện trong thiết bị, hoặc bằng các tác động khác như nhiệt độ thay đổi, ánh sáng hoặc bức
xạ điện từ,…
Cấu tạo của biến trở gồm 2 thành phần chính là con chạy và cuộn dây được làm
bằng hợp kim có điện trở suất lớn.
Biến trở thường ráp trong máy phục vụ cho quá trình sửa chữa, cân chỉnh của kỹ
thuật viên.
Ký hiệu của biến trở trong sơ đồ mạch điện có thể ở các dạng như sau:

Loại biến trở chúng ta hay gặp nhất là loại biến trở chúng ta có thể thay đổi bằng
cách xoay vít.

10

e) Đèn led:
LED (viết tắt của Light Emitting Diode, dịch ra là điốt phát quang) là các điốt có
khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Cũng giống như đi-ốt, LED được
cấu tạo từ một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N.

Tương tự như bóng đèn tròn bình thường nhưng không có dây tóc ở giữa, đèn LED
tạo ra nhiều ánh sáng hơn, tỏa nhiệt ít hơn so với các thiết bị chiếu sáng khác.
Hoạt động của Led: Giống như nhiều loại đi-ốt bán dẫn khác.
Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra
khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau). Mức năng lượng (và màu sắc của LED)
hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn.
Tùy vào từng loại LED mà điện áp phân cực thuận khác nhau. Đối với LED
thường thì điện áp phân cực thuận khoảng 1,5V đến 2,5V; còn đối với LED siêu sáng thì
điện áp phân cực thuận có thể lên tới 5V.
Khi LED hoạt động bình thường thì dòng từ 10mA đến 50mA.
Ứng dụng:
Chiếu sáng dân dụng: Đèn LED được ứng dụng mạnh mẽ vào lĩnh vực trang trí nội
thất hiện đại và cổ điển, trang trí ngoại thất, tiểu cảnh, sân vườn,...
Chiếu sáng công nghiệp: Vì có chi phí cao nên mặc dù hiểu rõ được tính ưu việt
của công nghệ LED, nhưng chỉ một bộ phận nhỏ các nhà doanh nghiệp nước ngoài có
năng lực về tài chính mới dám lựa chọn giải pháp chiếu sáng bằng công nghệ LED cho
các nhà xưởng sản xuất của doanh nghiệp mình.
11


hệ thống led chiếu sáng công nghiệp

hệ thống led trang trí nội thất
12

2) Thiết kế mạch:
Sơ đồ nguyên lý của mạch(mô phỏng bằng phần mềm Protues):

Mạch mô phỏng

13


Nguyên lý hoạt động của mạch:
•

•

Khi không có ánh sáng: quang trở có điện trở lớn => không có dòng qua chân dẫn
đến Q1 không hoạt động => dòng điện sẽ chạy từ R2 qua Q2 => kích relay =>
relay hít nên đèn led tắt.
Khi có ánh sáng: quang trở có điện trở giảm xuống => có dòng qua chân của Q1
nên Q1 dẫn => Q2 không hoạt động => relay không hít, trả lại trạng thái ban đầu
nên đèn led sáng.

Mạch sau khi được thi công:

Mạch khi có ánh sáng

14
Mạch khi không có ánh sáng

3) Kết luận:
Mạch cảm biến ánh sáng dùng quang trở có thể được sử dụng:
•
•
•
•

Chống trộm khi thay led bằng loa,được gắn vào cửa sổ hoặc cửa ra vào. Khi có
người mở cửa đèn đường chiếu vào loa sẽ phát ra âm thanh.
Tự động bật tắt máy quạt trong cửa hàng hoặc công ty khi thay led bằng máy quạt,
khi cửa hàng hoặc công ty đóng cửa tắt đèn thì quạt tự động tắt.
Dùng làm màn hình cho các smartphone, khi có ánh sáng thì màn hình sáng mạnh
hơn, còn thiếu ánh sáng thì đèn giảm dần.
Còn rất nhiều công dụng khác,….

Cuối cùng, thay mặt nhóm thực hiện, nhóm em chân thành cảm ơn thầy đã góp ý và
hướng dẫn nhóm em hoàn thành đồ án này.

15