Đề tài, báo cáo KHKT học sinh trung học

PHÒNG GD&ĐT
TRƯỜNG THCS

BÁO CÁO
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC KĨ THUẬT

Dự án:

THIẾT BỊ CHỐNG TRỘM
CẢNH BÁO TỪ XA

[mã].......... Hệ thống nhúng

Lĩnh vực: ......

Nhóm thực hiện:
Người hướng dẫn:

, ngày tháng năm


Mục lục:

Đề mục
Trang bìa
Mục lục
Phần I. Những vấn đề chung
1. Lí do chọn đề tài
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3. Mục tiêu nghiên cứu
4. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu

5. Phương pháp nghiên cúu
6. Nội dung nghiên cứu
6.1. Sơ đồ khối
a) Khối laser
b) Khối cảm biến
c) Khối báo động
6.2. Lắp đặt và hướng dẫn sử dụng
a) Lắp trên xe máy
Cơ chế hoạt động
b) Lắp vào vị trí cố định
7. Những điểm mới của dự án
Phần II. Kết quả và thảo luận
1. Kết quả
2. Thảo luận
Phần III. Kết luận khoa học
Phần III. Tài liệu tham khảo
Phần IV. Phụ lục và ghi chú

Trang số
1
2
3
3
3
4
4
4
4
4
6

7
8
9
9
10
11
11
12
12
13
13
13

2


Phần I - NHỮNG VẤN ĐÈ CHUNG
1. Lý do chọn đề tài:
Sản phẩm được nhóm tác giả thực hiện với mục đích:
- Vận dụng kiến thức Vật lí - Công nghệ vào thực tế nhằm tạo ra một sản phẩm
hữu ích, dễ dàng triển khai, áp dụng vào thực tế và tính kinh tế cao với chi phí thấp.
- Đồng thời, trải qua quá trình nghiên cứu, chế tạo, các em học sinh sẽ được củng
cố thêm kiến thức học được trên lớp; thấy được mối liên hệ chặt chẽ giữa lí thuyết và
thực hành
- Khơi dậy đam mê, sáng tạo, tinh thần hợp tác nhóm.
- Yêu lao động và trân trọng thành quả do mình và người khác tạo ra
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
- Về mặt khoa học, qua quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và chế tạo, các em học
sinh đã được kiểm nghiệm các hiện tượng vật lí – công nghệ như:
+ Đặc tính truyền thẳng của ánh sáng

+ Công dụng của các linh kiện điện tử và dựa vào đó thiết kế, lắp
ráp mạch điện.
+ Học sinh có được kiến thức trong tay và tự do sáng tạo theo khả
năng của bản thân: sản phẩm có thế được tạo ra từ các linh kiện rất phổ
biến trên thị trường và tùy vào tầm hiểu biết lí thuyết và nhận thức từ thực
tế của các em mà có thể tạo ra bằng nhiều cách: hoặc lắp ráp toàn bộ sản
phẩm từ các linh kiện cơ bản (điot, tụ điện, tranzito, …); hoặc điều chỉnh
lại và kết hợp các modun có sẵn; hay thậm chí có thể tận dụng từ các thiết
bị, vật dụng cũ, hỏng (như ôtô đồ chơi, đèn ngủ cảm biến, …) … theo
những cách đó, đòi hỏi về kiến thức và kĩ năng được giảm dần.
+ Các em hình dung được một cách cơ bản thế nào là nghiên cứu
khoa học từ đó hình thành lối tư duy khoa học và tác phong làm việc một
cách khoa học.
- Về mặt thực tiễn, sản phẩm được tạo ra ngoài mục đích học tập, nghiên cứu còn
hướng đến tính hữu ích và đơn giản khi áp dụng vào thực tế:
+ Tính hữu ích được thể hiện ở chỗ sản phẩm hoàn toàn có thể được
sử dụng trong thực tế: chức năng báo động từ xa trên xe máy, xe đạp hoặc báo động
gắn vào một không gian cố định (cửa sổ, cửa chính, cổng …)
+ Sản phẩm được thiết kế theo hướng mở và tính hiện đại: có thể
phát cảnh báo bằng ánh sáng, âm thanh, tự động gọi điện thoại tới số thuê bao bất kì, và
nếu được nghiên cứu và phát triển tiếp sản phẩm hoàn toàn có thể nâng cấp chức năng
cảnh báo bằng email, hình ảnh.

3


3. Mục tiêu nghiên cứu:
- Sản phẩm được đầu tư một cách nghiêm túc với mục tiêu sản phẩm sẽ hoạt
động ổn định, lâu bền; Thực hiện tốt chức năng cảnh báo.
- Ngoài ra, sản phẩm sẽ góp phần định hình lối tư duy sáng tạo ra những thiết bị

hữu ích từ những thiết bị, vật dụng bỏ đi.
4. Giới hạn phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu và chế tạo sản phẩm chủ yếu được thực hiện trong nhóm học sinh
dưới sự hướng dẫn của giáo viên bộ môn vật lí – công nghệ trong nhà trường.
- Với sự hạn chế của việc học từ lâu đã ít đi đôi với thực hành nên trong quá
trình hoàn thiện sản phẩm các em học sinh cần có sự hỗ trợ của giáo viên.
5. Phương pháp nghiên cứu:
5.1. Nghiên cứu kĩ các kiến thức liên quan như: quang trở, điện trở, đi ốt, tụ điện,
tia lazer, nam châm điện, biến áp, ...
5.2. Thảo luận, đề xuất và thống nhất phương án chế tạo mô hình và kịch bản
hoạt động của thiết bị.
5.3. Giải quyết các vấn đề phát sinh trong quá trình thực hiện
5.4. Chạy thử trên mô hình
5.5. Tham khảo các ý kiến đóng góp của thầy, cô
5.6. Hoàn thiện sản phẩm.
6. Nội dung nghiên cứu:
- Nghiên cứu đặc tính và khả năng ứng dụng của các linh kiện điện tử.
- Nghiên cứu sự tương tác điện - điện, điện - quang giữa các linh kiện như: khả
năng cản trở dòng điện của điot, sự thay đổi điện trở của quang trở khi thay đổi ánh
sáng, khả năng khuếch đại và điều khiển đóng/ cắt của tranzitor, …
- Tìm hiểu các giá trị hiệu điện thế định mức, cường độ dòng điện định mức,
điện trở của các linh kiện, thiết bị điện, từ đó tính toán, phân áp để các thiết bị hoạt
động chính xác, ổn định và tiết kiệm điện năng.
- Tìm hểu cơ chế hoạt động của mạch bàn phím điện thoại di động, các mạch
điện của cổng kết nối với tai nghe điện thoại, từ đó can thiệp vào mạch điện trên điện
thoại để điện thoại có thể nhận lệnh thực hiện cuộc gọi từ cổng kết nối tai nghe.
- Dưới đây, bản báo cáo xin được minh họa quá trình hoàn thành và thử nghiệm
sản phẩm như sau (một số hình ảnh chi tiết sẽ được trưng bày tại hội thi):
6.1. Sơ đồ khối:
KHỐI LASER

Tia lazer

KHỐI CẢM
BIẾN

Sóng vô tuyến

KHỐI XỬ LÍ
TÍN HIỆU VÀ
CẢNH BÁO
4


- Hình ảnh thực tế:

(Từ trái qua phải: Khối laser, Khối cảm biến, Khối xử lí tín hiệu và cảnh báo (kèm điện
thoại và dây kết nối)

5


a) Khối laser:
- Được cấp điện từ 2 pin 3v và
phát tia laser tới khối cảm biến
- Bộ phận chính của khối laser
là điot phát tia laser(1) (tham
khảo trong phần phụ lục)
- Ngoài ra, khối được cải tiến
gắn thêm khớp động nhằm

điều chỉnh độ lệch của tia lazer
khi cần thiết

Ngõ ra của tia laser

Công tắc nguồn

Pin 3v

Khe điều chỉnh góc

Đèn phát laser

6


b) Khối cảm biến:
- Sử dụng nguồn điện 1 chiều
cấp bởi 2 pin 3v
- Linh kiện quan trọng của khối
là quang trở. (2)
- Khối sử dụng 2 mắt nhận cảm
biến trong đó một cảm biến nối
dài được sử dụng trong trường
hợp gắn khối này lên xe máy.
- Khi có sự thay đổi ánh sáng Mắt cảm biến 1
tác dụng vào bề mặt, quang trở
sẽ bị thay đổi trở kháng của
chính nó. Khi đó, tính hiệu
quang được biến đổi thành tính

hiệu điện đưa tới tranzito (4)

Mắt cảm biến 2 và cổng kết nối (3)

- Tranzito khuếch đại tín hiệu từ
quang trở rồi đưa tới modun
phát tín hiệu vô tuyến (5)

Modun vô tuyến

Modun cảm biến (4) Ăngten

7


c) Khối báo động:
- Sử dụng nguồn điện 1 chiều cấp
bởi 2 pin 3v.
- Khối báo động được điều khiển
bởi tín hiệu vô tuyến phát ra từ
khối cảm biến.
- Khối báo động có thể được thay
thế bằng nhiều thiết bị khác nhau
nhằm mục đích tạo ra cảnh báo,
ví dụ như chuông điện, đèn led, Thu và xử lí tín hiệu
hoặc camera, điện thoại, ...

Dây kết nối tới đ.thoại

- Với phiên bản hiện tại, khối báo

động được thiết kế kết nối với
điện thoại di động, nhờ đó, ngoài
việc cảnh báo tại chỗ, thiết bị còn
có thể tự động thực hiện cuộc gọi
tới số thuê bao di động được chỉ
định sẵn.
Cổng kết nối với điện thoại

Ăngten

Modun vô tuyến(5) K.nối trung gian(6) tới đ.thoại(7)

8


6.2. Lắp đặt - Hướng dẫn sử dụng:
Với mục đích tạo ra sự tùy biến cao, ta có thể lắp và sử dụng sản phẩm như sau:
a) Trường hợp 1 - Chống trộm trên xe máy:
[Hình ảnh mô tả thao tác các bước]

1. Đặt khối cảm biến vào trong ngăn đựng
đồ xe máy

2. Kết nối dây cảm biến với khối cảm biến,
đầu còn lại gắn vào một vị trí trên mép
yên xe hoặc tay lái bằng lực hút nam
châm.

9

3. Gắn khối laser vào vị trí thích hợp bằng 4. Bật tia laser
lực hút nam châm

6. Kết nối điện thoại với khối báo động,
nhập số điện thoại cần báo động sau đó
khởi động khối báo động
(Khối này không cần đặt gần các khối còn
lại vì kết nối không dây)

5. Điều chỉnh tia laser vào đúng vị trí cảm
biến đã được gắn trên xe máy
- Hoạt động:
Khi có tác động ngoài ý muốn vào xe máy thì vị trí của mắt cảm biến nối dài bị
thay đổi và không nhận được tín hiệu laser truyền tới
Tín hiệu được truyền về khối cảm biến
Trong khối cảm biến: modun cảm biến chuyển tín hiệu từ mắt cảm biến thành tín
hiệu điện và truyền sang modun phát sóng vô tuyến
Sóng vô tuyến truyền tới khối cảnh báo
Trong khối cảnh báo, tín hiệu được chuyển thành tín hiệu điện đi tới diot phát
quang 7 màu
Tín hiệu từ diot được chuyển thành lệnh thực hiện cuộc gọi báo động tới số máy
cài đặt trước
10


b) Trường hợp 2 - Lắp thiết bị vào những vị trí cố định như cổng, cửa chính, cửa sổ:
[Thao tác sử dụng và cách thức hoạt động sẽ được trình diễn trực tiếp tại khu trưng
bày và giới thiệu sản phẩm]
Trong trường hợp này, ta có thể không cần sử dụng tới mắt cảm biến từ xa, cách

bố trí đơn giản hơn trường hợp 1
Nguyên tắc hoạt động tương tự như trong trường hợp 1.
7. Những điểm mới của dự án:
- Đây là sản phẩm đầu tiên được nhóm các em học sinh thực hiện. Nên mặc dù
không trực tiếp kế thừa nghiên cứu trước đó nhưng so với một số sản phẩm hiện có trên
thị trường, sản phẩm vẫn có một số điểm mới tiến bộ như sau:
+ Có thể tự lắp ráp, tận dụng từ một số thiết bị điện dùng trong sinh hoạt,
giải trí.
+ Dễ kiểm tra, sửa chữa vì các linh kiện được lắp theo từng khối riêng
biệt.
+ Có tính hiện đại: báo động bằng cách tự động thực hiện cuộc gọi, và tính
năng này được bổ sung bằng việc can thiệp khá đơn giản vào một chiếc điện thoại phổ
thông mà không phải sử dụng một modun gắn simcard đặc biệt.
+ Có tính mở: tín hiệu cảnh báo là tín hiệu điện/ điện trở được đưa ra cổng
kết nối ngoài, nhờ vậy ta có thể thay thế các hình thức cảnh báo phát đi theo ý muốn
(âm thanh, hình ảnh, sóng điện thoại) hay có thể nâng cấp cảnh báo hình ảnh miễn sao
ta biến đổi được tín hiệu điện/ điện trở thành lệnh tương ứng với các thiết bị có sẵn
khác (chuông điện, đèn led, điện thoại, camera, ...)

11


Phần II - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
1. Kết quả:
- Kết quả mang lại đáp ứng được kì vọng ban đầu đặt ra:
+ Tia laser truyền ánh sáng đi rất xa, không bị tán xạ và đặc biệt không để
lại vệt sáng trên tia chiếu. Điều này rất quan trọng giúp thiết bị báo động khó bị phát
hiện khi áp dụng vào thực tế.
+ Khối cảm biến hoạt động tốt, phản ứng chính xác khi tia laser chiếu/
ngừng chiếu tới.

+ Khối báo động hoạt động tốt, nhận được tín hiệu dạng sóng không dây
tới chính xác, đưa ra báo động chính xác và lệnh cho điện thoại thực hiện cuộc gọi tức
thời.
+ Điện thoại nhận được đầy đủ lệnh từ khối báo động và thực hiện cuộc
gọi báo động chính xác.
+ Trải qua nhiều giờ thử nghiệm, toàn bộ hệ thống phát ra báo động với độ
chính xác cao, ổn định, không gặp sự cố về điện, nhiệt, không gây nguy hiển cho người
sử dụng.
2. Thảo luận:
Sản phẩm đã đạt được kết quả như mong đợi, tuy nhiên còn một số tồn tại sau:
2.1. Do quá trình lắp ghép, đóng gói thủ công nên không gian bên trong sản
phẩm còn để nhiều chỗ trống, do vậy sản phẩm chưa đạt được kích thước thực sự nhỏ
gọn dẫn tới phần nào làm giảm tính cơ động.
2.2. Khi áp dụng vào thực tế trong trường hợp thiết bị gắn ở cửa ra vào, với
không gian rộng, có thể chỉ 1 tia laser là không đủ quét qua vật cản.
Để giải quyết vấn đề này, nhóm tác giả dự định lắp thêm gương phẳng nhằm tạo
ra các đường laser gấp khúc (đặc tính tia laser là truyền được rất xa và ổn định)
Tuy nhiên, với các giải pháp trên, nhóm tác giả vẫn gặp khó khăn về kiến thức lí
thuyết (phân áp dòng điện) và độ sai số khi kéo dài hành trình của tia laser (góc
nghiêng của các tấm gương phẳng có thể bị thay đổi khi nhiệt độ, độ ẩm làm cong,
vênh các giá đỡ gương). Vì vậy, nhóm tác giả mong nhận được góp ý, chia sẻ của BGK
và mọi người.

12


Phần III - KẾT LUẬN KHOA HỌC
- Sản phẩm đã kết hợp được một cách hiệu quả giữa các linh kiện điện cơ bản,
gần gũi trong trong các thiết bị điện gia đình và đặc biệt các kiến thức được sử dụng ở
đây có sự liên hệ chặt chẽ với các bài học vật lí - công nghệ trong nhà trường phổ

thông.
- Sản phẩm có tính thực tế cao bởi:
+ Hoạt động tốt, ổn định, an toàn
+ Chi phí rẻ (xem thêm phần phụ lục)
+ Thiết kế đơn giản: mỗi khối được đóng gói riêng biệt và hoàn toàn có
thể thiết kế lại để giảm kích thước một cách đáng kể
+ Triển khai nhanh chóng và đơn giản: Các khối được liên kết với nhau
bởi tín hiệu không dây.
+ Có thể phát triển sản phẩm theo hướng hiện đại hơn, ví dụ thay cơ chế
thu - phát tia laser thành tia hồng ngoại (không có màu), thêm và nâng cấp hình thức
đưa ra cảnh báo ...
Phần IV - TÀI LIỆU THAM KHẢO/ TRÍCH DẪN KHOA HỌC
- Sách giáo khoa vật lí
- Diễn đàn />- Quang điện trở, tụ điện, đi ốt, ... :
Phần V - PHỤ LỤC VÀ GHI CHÚ
(1) Diot laser
- Kích thước nhỏ gọn
- Điện áp hoạt động: 3v - 4,5v
- Có bán rất phổ biến với giá
thành ~ 15.000 đ

(2) Quang trở
- Kích thước tương tự một đèn
báo led
- - Có bán rất phổ biến hoặc tháo
ở bóng đèn ngủ cảm biến với giá
thành ~ 25.000 đ

13

(3) Mắt cảm biến 2
- Tận dụng từ dây tai nghe điện
thoại
- Gồm: quang trở, nam châm và
giấy (decal) chắn sáng
- Giấy decal có tác dụng chắn
ánh sáng tự nhiên chiếu vào
quang trở nhưng tia laser vẫn đi
qua và tác động được vào quang
trở.
(4) Mạch điện đóng, cắt bằng
tranzito (modun cảm biến) - ứng
dụng quang trở
- Có thể tận dụng từ mạch đèn
ngủ loại tự bật/ tắt bằng cách
điều chỉnh mạch điện để sử dụng
nguồn 2 pin 3v (mạch đèn nguyên
bản sử dụng điện 220v xoay
chiều)
- Rơle được sử dụng trong bản
thử nghiệm, bản chính thức được
cắt bỏ rơle và thay bởi đường dây
dẫn tới modun vô tuyến
(5) Modun vô tuyến
- Hoạt động trên nguyên tắc cộng
hưởng sóng cùng tần số
- Có thể tận dụng mạch từ điều
khiển ô tô đồ chơi của trẻ em.
- Giá thành linh kiện: ~ 150.000

đ
(6) Kết nối trung gian (với điện
thoại)
- Sử dụng một diot led nháy áp
sát với một quang trở sau đó
được bọc kín để ngăn không cho
tiếp xúc với ánh sáng bên ngoài
- Đầu ra của kết nối sử dụng jac
3.5mm lấy từ điện thoại hỏng.
14


- Nguyên lí: khi diot nháy sẽ làm
cho quang trở thay đổi giá trị
điện trở của chính nó. Quang trở
nối tiếp với mạch điện đi ra cổng
kết nối. Khi đó quang trở sẽ như
một khóa đóng/ cắt mạch điện tự
động tùy theo diot led sáng hay
tối.
(7) Điện thoại
- Điện thoại phổ thông có bàn
phím cứng có thể tận dụng từ
điện thoại cũ, bỏ đi hoặc mua với
giá khoảng 200.000đ
- Nguyên tắc bàn phím cứng: khi
ta nhấn phím, thực chất là tác
động lực làm lá thép bên trong
cong xuống làm nối thông mạch
điện.

- Nhờ vào đặc điểm trên, ta cần
tạo thêm một mạch điện nhỏ dẫn
tử vị trí phím gọi (màu xanh) tới
cổng kết nối tai nghe của điện
thoại.
- Tạm ngắt mạch từ micro, loa
trong tới cổng tai nghe, khi đó
cổng kết nối tai nghe có chức
năng như phím gọi của điện
thoại.
- Một quang trở trong hộp báo
động được mắc nối tiếp với dây
kết nối do vậy quang trở sẽ thay
đổi điện trở của mạch.
- Cuối cùng kết nối cổng trên với
hộp báo động bằng dây truyền
âm thanh, như vậy điện thoại sẽ
thực hiện cuộc gọi tùy vào việc
thay đổi điện trở của dây kết nối.

15