Mạch cảm biến ánh sáng dùng quang trở LDR để tự động bật tắt đèn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
------------------o0o------------------

BÁO CÁO ĐỒ ÁN ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ

Đề Tài: Mạch cảm biến ánh sáng dùng quang trở LDR để tự
động bật tắt đèn.
Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Cảnh Quang

1


MỤC LỤC
Chương 1: Đề tài và lý giải vì sao lựa chọn..………………………………………………3
Chương 2: Các linh kiện cần dùng.......................................................................................4
Chương 3: Chức năng và nguyên lý hoạt động của IC 555................................................5
Chương 4: Mạch nguyên lý và giải thích các hoạt động.....................................................9
Chương 5: Chọn thông số linh kiện....................................................................................12
Chương 6: Ứng dụng của mạch trên thực tế......................................................................15

2


Chương 1:
ĐỀ TÀI VÀ LÝ GIẢI VÌ SAO LỰA CHỌN
Đề tài: Mạch cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở LDR để tự
động bật tắt bóng đèn
Giải thích vì sao lựa chọn đề tài:
Trong cuộc sống ngày nay, điện là một phần không thể thiếu. Hầu hết các đồ
dùng trong gia đình, thiết bị chiếu sáng, máy móc trong công nghiệp đều sử dụng điện
năng.

Với nhu cầu con người ngày càng tăng, thì cũng đặt ra nhiều vấn đề cần giải
quyết như thiết bị thông minh tiện lợi và tiết kiệm tối ưu nguồn năng lượng điện.
Vì vậy chúng em thực hiện đồ án “ Mạch cảm biến ánh sáng sử dụng quang trở
LDR để tự động bật tắt bóng đèn “ nhằm mục đích đảm bảo nhu cầu ánh sáng cần thiết
mà tiện lợi và tiết kiệm tối đa nguồn điện năng.

3


Chương 2:
CÁC LINH KIỆN CẦN DUNG
1. IC 555
2. Quang trở LDR
3. Biến Trở
4. Điện trở
5. Transistor
6. Rơ le
7. Diode
8. Bóng đèn
9. Nguồn xoay chiều 220V
10. Nguồn 1 chiều 5V

4


Chương 3:
CHỨC NĂNG VÀ
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA IC 555

Hình ảnh IC 555

5


Bảng chân lý SR Flip-Flop

6


Cấu tạo:
Cấu tạo của IC 555 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 Opamp 2. Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 VCC, chân S = [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
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 Flipflop,
Khi S = [1] thì Q = [1] và QB = [ 0].
Sau đó, khi S = [0] thì Q = [1] và QB= [0].
Khi R = [1] thì QB= [1] và Q = [0].
Tóm lại, khi S = [1] thì Q = [1] và khi R = [1] thì Q = [0] bởi vì QB= [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 QB= [0]. Ngõ ra của IC ở mức 1.
Khi QB= [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 QB vẫn 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
QB= [1]. Ngõ ra của IC ở mức 0.
Vì QB= [1], transistor mở dẫn, Op-amp2 có V+ = [0] bé hơn V-, ngõ ra của Op-amp 2

7


ở mức 0. Vì vậy Q và QB không đổi giá trị, tụ C xả điện thông qua transistor.

=> Kết quả cuối cùng:
Ngõ ra OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vuông, có chu kỳ ổn định

Chức năng:
Như vậy có thể thấy IC 555 dùng để tạo xung dao động , nhưng trong mạch này chúng
em chỉ dùng IC 555 để tạo tín hiệu ngõ ra Q là cao hoặc thấp.

8


Chương 4:
MẠCH NGUYÊN LÝ VÀ
GIẢI THÍCH CÁCH HOẠT ĐỘNG
Mạch nguyên lý:

Nguyên lý hoạt động:
 Quang trở LDR là điện trở phụ thuộc vào ánh sáng . Khi ánh sáng chiếu vào LDR thì

điện trở của LDR sẽ giảm, khi ánh sáng mạnh thì điện trở của LDR xấp xỉ bằng 0.
 Như vậy khi ánh sáng chiếu vào LDR thay đổi thì điện áp đặt vào chân 2 và 6 của IC
555 cũng thay đổi . Cụ thể, Khi áng sáng chiếu vào LDR làm cho điện trở của LDR
giảm và điện áp đặt vào chân 2 và chân 6 tăng. Ngược lại, khi trời tối , ánh sáng chiếu

9


vào LDR giảm, làm cho điện trở của LDR tăng lên , và điện áp đặt vào chân 2 và chân 6
sẽ giảm.

 Khi ánh sáng giảm làm cho điện áp đặt vào chân 2 và chân 6 giảm đến mức nhỏ
hơn 1/3 Vcc (1,67 V) thì đầu ra Q của IC 555 sẽ xuất ra tín hiệu 1 ( 5 V ) làm cho
Transistor NPN thông , từ đó cuộn hút của Rơ le sẽ được cấp điện và hút tiếp
điểm của Rơ Le đóng lại. Khi đó mạch điện xoay chiều sẽ kín và làm cho đèn
sáng.
 Khi ánh sáng tăng làm cho điện áp đặt vào hai chân 2 và 6 tăng đến mức lớn hơn
2/3 Vcc ( 3,33V ) thì đầu ra Q của IC 555 sẽ xuất ra tín hiệu 0 ( 0V ) , khi đó
Transistor NPN sẽ không được thông, cuộn hút của Rơ le không được cấp điện,
tiếp điểm của Rơ le không được đóng, làm cho mạch xoay chiều hở và đèn không
sáng.
 Khi điện áp đặt vào chân 2 và 6 ở khoảng lớn hơn 1/3 Vcc ( 1.67V ) và nhỏ hơn
2/3 Vcc ( 3.33V ) thì đầu ra Q của IC 555 sẽ giữ nguyên trạng thái trước đó.
Nghĩa là trước đó đèn sáng thì đèn sẽ tiếp tục sáng và ngược lại.
 Ta có bảng:

Trạng thái
V26 < 1/3 Vcc
1/3 Vcc < V26 < 2/3 Vcc
V26> 2/3 Vcc

S
1
0
0

 Q = 1 => đèn sáng
 Q = 0 => đèn tắt

10

R
0
0
1

Q
1
Q
0


Hình ảnh mạch thật
Trong mạch thật của chúng em, chúng em thay tải là bóng đèn thành LED
và nguồn xoay chiều 220V thành nguồn 1 chiều 5V. Điều này không ảnh
hưởng đến kết cấu của mạch !

11

Chương 5:
CHỌN THÔNG SỐ LINH KIỆN
1. Biến trở
Chọn biến trở có giá trị 100k ( Theo thực nghiệm mô phỏng trên Proteus )

Chức năng: Điều chỉnh độ nhạy. Muốn đèn dễ sáng thì điều chỉnh biến trở có
giá trị lớn và ngược lại.

2. Rơ Le
12


Chọn SRD-05VDC-SL-C: Hiệu
điện thế kích tối ưu là 5V.
( Để phù hợp với nguồn 5V sẵn
có )

3. Transistor: Chọn C1815

Thông số kỹ thuật Transitor C1815 :
Điện áp cực đại : 50V.
Dòng cực đại : 150mA.
Hệ số khuếch đại ~ 25-100.
Khối lượng : 0.21 g.

4. Điện trở: chọn điện trở 1k Ω
13


Khi đó IB = (5 – 0.7) / 1kΩ = 4.3 mA

Ic = IB * β = 4.3* 25 = 107.5 mA > 20 mA => thỏa mãn
( dòng để Rơ le hoạt động bình thường là 20 mA )

5. Diode
Chọn 1N4007 ( thông dụng, sẵn có trên thị trường )
Chức năng của Diode: Bảo vệ cho Transistor khi Rơ
le chuyển từ trạng thái đóng sang cắt. Khi Rơ le
đang được đóng mà đột ngột bị cắt, thì trên cuộn hút
của Rơ le sẽ vẫn tồn tại điện tích, nếu không có
diode thì dòng điện tồn tại trên cuộn hút sẽ đi vào
Transistor, khi này Transistor đang không thông nên
điện trở của Transistor là vô cùng lớn, vì vậy điện áp
đặt vào Transistor cũng vô cùng lớn và làm hỏng
Transistor.
Vì vậy ta mắc thêm diode vào 2 đầu cuộn hút để dòng điện tồn tại trên cuộn hút sẽ
chạy qua diode và bị tiêu tán.

14


Chương 6:
ỨNG DỤNG CỦA MẠCH TRÊN THỰC TẾ
Công tắc cảm biến ánh sáng có tính năng tự động mở đèn khi trời tối và tắt khi
có đủ ánh sáng, điều đó sẽ giúp bạn tiết kiệm điện năng một cách hiệu quả. Và dưới
đây là một số ứng dụng phổ biến của chúng:
– Ứng dụng dùng để bật tắt đèn chiếu sáng công cộng.
– Ứng dụng dùng bật tắt đèn hành lang.
– Ứng dụng dùng để bật tắt sân thượng.
– Ứng dụng dùng để bật tắt sân vườn.
– Và một số ứng dụng khác: bảng hiệu, bảng quảng cáo…

15


TỔNG KẾT
Trong suốt quá trình thực hiện đề tài này, với nhiều cố gắng và nỗ lực của
nhóm, nhóm đã hoàn thành đề tài này. Tuy nhiên cũng còn một số hạn chế trong khâu
thiết kế. Qua quá trình thực hiện đề tài này nhóm đã học hỏi được rất nhiều vấn đề bổ
ích về môn học Điện tử tương tự, IC 555 và quang trở LDR . Nhóm cũng được nâng
cao khả năng thực hành làm mạch, tra cứu các linh kiện. Đặc biệt là trong quá trình
trực tiếp bắt tay vào làm những sản phẩm cụ thể chúng em nhận thức rõ hơn giữa lý
thuyết và thực hành còn có một khoảng cách không nhỏ, vấn đề đặt ra cho nhóm phải
tìm hiểu và khắc phục những khúc mắc trong quá trình thực hiện. Đây là một hành
trang quý báu cho những sinh viên bước vào cuộc sống nghề nghiệp sau này. Mặc dù
đã có nhiều cố gắng trong quá trình làm đồ án, song do hạn chế về mặt thời gian và
khả năng nên không thể tránh khỏi có những sai sót. Rất mong nhận được sự đóng góp
ý kiến của thầy và các bạn để đồ án của chúng em hoàn chỉnh hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

16