Đồ án: Thiết kế mạch cảnh báo an ninh sử dụng cảm biến chuyển động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA : CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT ĐIỆN- ĐIỆN TƯ

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN CẢNH BÁO AN NINH, SƯ
DỤNG CẢM BIẾN PHÁT HIỆN CHUYỂN ĐỘNG

1


NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
Hưng Yên, Ngày.....Tháng....Năm 2021
Giáo viên hướng dẫn

2


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
CHƯƠNG I. CƠ SỞ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
1.1. Các ứng dụng của bộ điều khiển cảnh báo an ninh……………………………… 5
1.2. Đặc điểm của cảm biến chuyển động và bộ cảnh báo an ninh…………………... 6
1.3. Yêu cầu của bộ cảnh báo an ninh………………………………………………... 7
CHƯƠNG II. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN CẢNH BÁO AN NINH
2.1. Yêu cầu công nghệ……………………………………………………………….. 8
2.2. Sơ đồ khối………………………………………………………………………... 9
2.3. Mạch nguyên lý…………………………………………………………………. 10
2.3.1. Khối nguồn…………………………………………………………………..... 10
2.3.2. Khối cảm biến……………………………………………………..………….. 12
2.3.3 Khối so sánh…………………………………………………………….………13
2.3.4. Khối xử lí…………………………………………………………………….... 14
2.3.5. Khối tín hiệu…………………………………………………………………... 15
2.3.6.Sơ đồ nguyên lý toàn mạch…………………………………………………..... 16
2.4. Nguyên lý làm việc…………………………………………………………….... 16
2.5. Tính chọn linh kiện……………………………………………………………… 17
2.5.1. Tính chọn linh kiện cho khối nguồn…………………………………………... 17
2.5.2. Tính chọn linh kiện cho khối cảm biến……………………………………….. 22
2.5.3. Tính chọn linh kiện cho khối so sánh…………………………………………. 23

2.5.4. Tính chọn linh kiện cho khối xử lý………………………………………...… 26
2.5.5. Tính chọn linh kiện cho khối tín hiệu…………………………………………. 30
CHƯƠNG III. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
3.1. Kết luận…………………………………………………………………………. 31
3.2. Kiến nghị (Cần cải tiến)………………………………………………………… 32
3


LỜI NĨI ĐẦU

Trong xu hướng phát triển khơng ngừng của nền công nghệ những thập kỉ qua,
công nghệ điện tử cũng ngày càng phát triển vượt bậc. Đời sống xã hội ngày một thay
đổi, bên cạnh những tiến bộ thì các vấn đề cũng nảy sinh càng nhiều, đặc biệt là khi
quy mô hoạt động của tổ chức được mở rộng. Trong nhiều trường hợp, việc quản lý trở
nên vô cùng khó khăn khi số lượng đối tượng quản lý quá lớn, làm cho hoạt động bị
đình trệ, mất nhiêu thời gian mà lại khơng hiệu quả. Do đó, một hệ thống bảo vệ tự
động sẽ giúp cho con người dễ dàng hơn trong việc giám sát, đảm bảo tính công bằng,
và đặc biệt là sự tiến bộ trong các hoạt động xã hội.

Bằng một ý tưởng có tính ứng dụng cao ngoài thực tế, với đề tài “Thiết kế bộ điều
khiển cảnh báo an ninh sử dụng cảm biến phát hiện chuyển động”. Hệ thống có khả
năng tự động cảnh báo bằng cịi báo động và bóng đèn khi có trộm. Đây là hệ thống
được ứng dụng ở các nhà kho, hộ gia đình, chung cư, xưởng sản xuất,… Nó cịn cảnh
báo cho những nơi cần bảo mật với mức độ bảo mật cao, trong tòa nhà, các viện bảo
tàng, nơi mà cần hệ thống bảo mật tốt mỗi ngày. Ngoài ra, hệ thống này là giải pháp
tốt cho các thiết bị bảo mật ở các công ty, bệnh viện, cơ quan hành chính, cơ quan
Thuế & Hải quan, các cơng ty Bảo hiểm, Ngân hàng và chứng khốn, các Trung tâm
dịch vụ, nhà ga-bến xe. Dưới sự kiếm sốt của hệ thống này, q trình bảo mật sẽ trở
nên tốt hơn và hiệu quả hơn.

4


CHƯƠNG I: CƠ SỞ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
1.1. Các ứng dụng của bộ điều khiển cảnh báo an ninh
Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến của thế
giới, chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát triển
của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự
chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt
động của con người đạt hiệu quả ngày càng cao hơn. Điện tử đang trở thành một ngành
khoa học đa nhiệm vụ. Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng của các
ngành, lĩnh vực khác nhau cho đến nhu cầu thiết yếu của con người trong cuộc sống
hàng ngày.
Vì vậy, Bộ cảnh báo an ninh là một giải pháp cho chúng ta cảm thấy an tâm hơn khi đi
xa du lịch hoặc đề phòng khỏi những mối nguy hại cho cuộc sống
 Ứng dụng nổi bật của cảm biến chuyển động:
-

Phát hiện được người, động vật chuyển động trong phạm vi của cảm biến, nhờ thân

-

nhiệt phát ra từ người, động vật,...
Dùng trong các bộ cảnh báo an ninh chống trộm bằng còi báo động, dùng để bật

-

đèn tự động ở các hành lang, phòng ngủ, nhà vệ sinh, trong nhà,....
Dùng để chống trộm trong các doanh nghiệp, lán xe, nhà kho,......
Bật tắt đèn tự động khi đóng, mở cửa tủ quần áo

Hình 1.1 a, Ứng dụng chống trộm
Hình 1.1 b, Ứng dụng trong bật đèn tư
động

1.2. Đặc điểm của bộ điều khiển cảnh báo an ninh sử dụng cảm biến chuyển động
Thiết kế chế tạo mô phỏng bộ điều khiển cảnh báo an ninh cho một trang trại hoặc
ngôi nhà, viện bảo tàng, vườn lan,.... với diện tích: khoảng 100 m2.

5


*Khái niệm: Cảm biến chuyển động là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái
chuyển động thông qua quá trình vật lý, hóa học hay sinh học của mơi trường cần khảo
sát, và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin về trạng thái hay quá trình đó.
*Những loại cảm biến chuyển động có thể sử dụng trong mạch cảnh báo an ninh
- Cảm biến nhiệt độ
- Cảm biến quang
- Cảm biến laser
- Cảm biến từ
- Cảm biến hồng ngoại

*Nguyên lý hoạt động của của cảm biến chuyển động
Cảm biến chuyển động hoạt động ở mức 1 khi nhận được tín hiệu chuyển động từ bên
ngồi mơi trường. Sau khi tín hiệu được phát ra từ cảm biến thì tín hiệu sẽ qua một
mach khuếch đại để khuếch đại điện áp lên, sau đó tín hiệu sau khi khuếch đại sẽ qua
mạch so sánh nhằm so sánh điện áp để điều chỉnh relay đóng – ngắt điều khiển tín hiệu
phát động ở khối tín hiệu đầu ra .
Bộ cảnh báo an ninh hoạt động dựa trên nguyên lý hoạt động của cảm biến chuyển
động, nhờ vậy mà có thể phát hiện được mối đe dọa nguy hiểm
Thiết kế, chế tạo bộ cảnh báo an ninh sử dụng cảm biến chuyển động kết hợp với một

số mạch như: mạch so sánh rồi xuất kết quả qua một số thiết bị báo động như bóng
đèn, cịi báo động.

 Sử dụng nguồn cấp 220V AC cho toàn mạch
 Cảm biến chuyển động : phát hiện chuyển động trong vùng bảo vệ
6


 Mạch sử dụng cảm biến chuyển động phát hiện chuyển động, IC so sánh LM358,
relay điều khiển tín hiệu đầu ra, bóng đèn và cịi báo động báo tín hiệu
 Mạch so sánh điện áp: sử dụng IC LM358
 Relay xử lí tín hiệu vào và điều khiển tín hiệu ở đầu ra
 Nhận lệnh từ khối điều khiển, khối tín hiệu đầu ra: Bóng đèn, cịi báo động sẽ
chuyển từ mức 0 lên mức 1

1.3. Yêu cầu của bộ cảnh báo an ninh
- Bộ cảnh báo hoạt động tốt
- Yêu cầu công nghệ đáp ứng nhu cầu phù hợp để sử dụng
- Phạm vi hoạt động bao quát được hết khu vực cần bảo vệ
- Cảm biến chuyển động sử dụng trong mạch phải đáp ứng được nhu cầu sử dụng
- Đảm bảo khối đầu ra: còi báo động và các bóng đèn hoạt động tốt.
- Đảm bảo an toàn khi đấu nối.

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN CẢNH BÁO AN NINH
2.1. Yêu cầu công nghệ
- Thiết kế, chế tạo bộ cảnh báo an ninh bao quát được tổng thể khu vực, phạm vi cần
bảo vệ
- Cảm biến chuyển động phát hiện chuyển động bằng vùng quét của cảm biến
7

- Bộ cảnh báo có khả năng phát hiện ra chuyển động khi có người lọt vào vùng quét
nhờ sử dụng cảm biến chuyển động
- Cảm biến chuyển động có tính năng phát hiện được tia hồng ngoại của những vật thể
như người khi lọt vào vùng quét của cảm biến
- Tín hiệu báo động của bộ cảnh báo sử dụng đèn và cịi báo động với nguồn ni
220VAC
- Bộ cảnh báo an ninh hoạt động tốt cả ban ngày và ban đêm
- Phạm vi hoạt động (thực tế) : 100 m2
- Tính năng chống nước: IP65 – IP67

2.2. Sơ đồ khối

NGUỒN 220VAC

8


KHỐI NGUỒN
220VAC
KHỐI CẢM BIẾN

KHỐI SO SÁNH

KHỐI XỬ LÍ

KHỐI TÍN HIỆU

Hình 2.1. Sơ đồ khối

Chức năng của từng khối trong sơ đồ:
-

Nguồn 220VAC: Cung cấp điện áp và đồng thời làm nguồn ni cho mạch nguồn

-

5VDC và khối tín hiệu.
Khối nguồn 5VDC -1A: Cung cấp điện áp làm nguồn nuôi cho khối cảm biến và

-

Khối xử lý.
Khối cảm biến: Phát hiện chuyển động từ vật thể có mối đe dọa khi lọt vào vùng

-

cảm biến.
Khối so sánh: Khuếch đại tín hiệu ở đầu vào đồng thơi so sánh 2 giá trị điện áp
Khối xử lý: Nhận tín hiệu từ khối cảm biến, xử lý cho phép đóng mở tín hiệu ở đầu
ra.

- Khối tín hiệu: Khi khơng có tín hiệu tác động khối tín hiệu ở mức 0, khi có tín hiệu
tác động vào thì khối tín hiệu lên mức 1 thông qua khối xử lý

2.3. Mạch nguyên ly
2.3.1. Khối nguồn.

9

Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý khối nguồn
Bộ nguồn cung cấp cho toàn mạch là nguồn 1 chiều. Nguồn ta dùng ở đây có
tính ổn định cao để mạch hoạt động chính xác nếu ta dùng nguồn khơng ổn định như
pin, khi hết pin thì mạch sẽ bị gián đoạn trong lúc hoạt động.
Muốn có nguồn ra là 5VDC ta dùng máy biến áp, chỉnh lưu cầu và IC ổn áp
7805 để đưa ra điện áp 5VDC.
a) Khối hạ áp.
Ở đây chúng ta biến đổi điện áp 220V AC-50Hz xuống cịn 12V AC-450mA.
Mục đích là cấp đầy đủ cho bộ biến đổi và bộ lọc để có điện áp 1 chiều mong
muốn
b) Khối chỉnh lưu.
Thành phần chỉnh lưu là biến dịng điện xoay chiều thành dịng điện một chiều
thơng qua Diode chỉnh lưu. Đây là sơ đồ chỉnh lưu cầu với dạng sóng đầu vào và đầu
ra sau chỉnh lưu như sau:

10


Hình 2.3. Điện áp sau chỉnh lưu
c) Khối lọc.
- Có tác dụng san bằng điện áp một chiều ít nhấp nhơ hơn.
- Tụ điện có điện dung càng lớn thì điện áp đầu ra càng phẳng

Hình 2.4. Điện áp sau khi được lọc bằng tụ điện
d) Khối ổn áp.
- Dòng họ 78xx cho ra nhiều loại ổn áp khác nhau. VD 7805 cho ra điện áp ổn
định 5VDC
- Điện áp vào của 78xx là điện áp 1 chiều <= 40VDC
- Dịng điện khơng vượt q 1,5A

- Dịng đỉnh là 2.2A
- Cơng suất tiêu tán cực đại có tản nhiệt là 15W
- Đảm bảo thông số là Vi-V0=2V đến 3V (lúc đó mạch mới hoạt động ổn áp
được)

11


2.3.2. Khối cảm biến
Trước tiên, ta cần tìm hiểu khái niệm, vai trò và phân loại của cảm biến:
* Khái niệm: - Cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái hay q trình
vật lý, hóa học hay sinh học của môi trường cần khảo sát, và biến đổi thành tín hiệu
điện để thu thập thơng tin về trạng thái hay q trình đó.
- Cảm biến chuyển động là một thiết bị thông báo các đối tượng chuyển
động khi lọt vào vùng quét hoặc tia quét của cảm biến , chủ yếu là con người.
* Nguyên lý hoạt động:
- Ở trạng thái bình thường khi khơng có tác động cảm biến sẽ hoạt động ở mức 0. Khi
có tác động từ mơi trường như nhiệt độ, vật cản,… chuyển động qua vùng quét, lúc
này cảm biến lên mức 1 hoạt động, tín hiệu này sẽ được biến đổi thành điện áp ở đầu
ra cấp cho các phụ tải đằng sau.

Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến

12


2.3.3. Khối so sánh
- Mạch so sánh hay Comparator là phần tử thưc hiện so sánh hai giá trị điện áp hoặc
dòng điện đưa tới ngõ vào thuận và đảo, và cho ra kết quả nhị phân biểu hiện giá trị
thuận có lớn hơn khơng

* Ngun lý hoạt động:
Mạch gồm hai phầnː mạch ngõ vào là một khuếch đại thuật tốn có hệ số khuếch lớn,
và mạch ngõ ra thơng dụng của các mạch logic.
Theo biểu diễn trong ký hiệu mạch so sánh, với V1 ở ngõ vào thuận, thì


Nếu V1 > V2, Vout là logic 1 (high)



Nếu V1 < V2, Vout là logic 0 (low)

Đối với mạch so sánh với V1 ở ngõ vào đảo thì:


Nếu V1 < V2, Vout là logic 1 (high)



Nếu V1 > V2, Vout là logic 0 (low)

Sự bất định xảy ra khi V1 ≈ V2, nhưng thường được khử bằng các phản hồi dương để
tạo trễ
Bộ so sánh điện áp là một mạch so sánh hai điện áp, chuyển đầu ra sang trạng thái cao
hay thấp tùy thuộc vào điện áp nào cao hơn. Mạch so sánh điện áp hoạt động dựa trên
opamp.

13

Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý khối so sánh
2.3.4. Khối xử lí
Khối xử lí có chức năng nhận tín hiệu đầu vào từ khối cảm biến, sau đó khối sẽ xử lí
tín hiệu nhận được thơng qua một linh kiện hoặc một mạch điều khiển trung gian và
cho ra tín hiệu, tác động vào khối tín hiệu ở đầu ra đang ở mức 0 lên mức 1 báo động.
Một số linh kiện có thể dùng để xử lý tín hiệu: relay DC, relay AC, modul relay DC,
cơng tắc hành trình, cơng tắc tơ AC,…


-

Ngun lý hoạt động

Khi dịng điện được cấp cho relay ở chân 4 và 5 ngày lập tức nó sẽ kích hoạt nam
châm điện . Tạo ra từ trường thu hút một tiếp điểm. Lúc này mạch thứ 2 sẽ kích
hoạt chân 1 COM sẽ đóng với chân 3 NO . Khi tắt nguồn, một lò xo kéo tiếp điểm
trở lại vị trí ban đầu, tắt mạch thứ hai một lần nữa.

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý khối xử lý

14


2.3.5. Khối tín hiệu
Khối tín hiệu có chức năng phát tín hiệu thơng qua các thiết bị báo động từ mức 0 lên
mức 1 cho người sử dụng biết.
Ở đầu ra, ta có thể dùng bóng đèn và loa báo động để báo tín hiệu cho biết có vật thể
đang chuyển động trong vùng quét của cảm biến.
Nguyên lý hoạt động:
Ở trạng thái bình thường khi chưa có tác động, khối tín hiệu sẽ ở mức 0 logic, khi



-

được cấp tín hiệu vào cực dương, và âm của khối. Khối sẽ hoạt động lên mức 1
logic thơng báo có tín hiệu cho ta biết

Hình 2.8. Sơ đồ nguyên lý khối tín hiệu

15


2.3.6 Sơ đồ nguyên ly toàn mạch

Hình 2.9. Sơ đồ nguyên lý toàn mạch

2.4. Nguyên ly làm việc
Khối nguồn 5VDC được kết nối và làm nguồn nuôi cho Cảm biến, mạch so sánh và
Relay và một chiếc MBA mini hạ áp. Ở đầu ra của máy biến áp dòng điện đi qua một
con Diot cầu chỉnh lưu qua 2 chân AC của diot cầu biến dòng điện xoay chiều thành
dòng điện một chiều, sau đó từ 2 chân DC của Diot cầu, dịng điện đi qua các tụ hóa,

PIR

để làm sạch, lọc nhiễu dòng điện, dòng điện sau khi qua dây dương nguồn sẽ đi vào
chân INT của IC ổn áp LM7805, chân GND của IC ổn áp LM7805 sẽ nối với chân
GND của Diot cầu. Điện áp sau khi qua IC ổn áp LM7805 sẽ có nguồn 5VDC ở chân
OUT của IC, chân OUT sẽ được nối qua một bóng Led đơn thơng qua một con điện trở
nhằm báo tín hiệu cho biết mạch nguồn 5V đã có thể sử dụng.

16


Khi cấp nguồn cho cảm biến, ở trạng thái bình thường cảm biến sẽ ở mức 0 khi chưa
có tác động, lúc có người đi qua lọt vào vùng quét của cảm biến, lúc này cảm biến sẽ
tự động đẩy lên mức 1. Sau đó, tín hiệu sẽ đi qua Lm358 để so sánh hai giá trị điện áp
của cảm biến và chiết áp. Nếu khi có tia hồng ngoại chiếu vào mắt nhận thì mắt nhận
giảm nên điện áp trên chân 3 của mắt nhận sẽ tăng lên, khi điện này lớn hơn điện áp
của chiết áp bằng điện trở thì mức điện áp ra sẽ là VCC( mức logic 1). Sau khi so sánh,
tín hiệu sẽ được đưa qua Transistor để khếch đại tín hiệu rồi đưa vào chân INT của
Relay. Ở trạng thái bình thường Relay đang ở mức 0, sau khi nhận tín hiệu , Relay lập
tức chuyển trạng thái sang mức 1. Chân COM của Relay sẽ đóng với chân NO. Khi đó
tín hiệu đầu ra của các bóng đèn và cịi báo động sẽ là mức 1 và ngược lại.
2.5. Tính chọn linh kiện
2.5.1. Tính chọn linh kiện cho mạch nguồn
* Tính toán chọn linh kiện:
- Tính chọn máy biến áp mini :
+ Biến áp là một thiết bị điện gồm 2 cuộn dây quấn trên một lõi sắt từ có nhiệm vụ
biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp xoay chiều khác để phù hợp với mục
đích cần sử dụng.
+ Hai cuộn dây biến áp được ký hiệu là N1 và N2. Điện áp đầu vào được đặt trên
cuộn N1 gọi là U1 và điện áp đầu ra được lấy trên hai đầu cuộn N2 gọi là U2. Tỉ số
U1/U2 = N1/N2 được gọi là tỉ số biến đổi điện áp. Mỗi biến áp có một cơng suất nhất
định. Biến áp có thể cung cấp một điện áp U2 ổn định khi tải tiêu thụ ăn một dòng điện
nhỏ hơn dòng điện định mức của biến áp. Thông thường ta sẽ chọn biến áp có dịng
định mức lớn hơn dịng tải tiêu thụ.
Đối với tải sau ta dùng dịng nhỏ khơng q lớn, nên máy biến áp ta chọn sẽ cho ra
nguồn 12V, ăn dòng 450mA-1A

17

Hình 2.10. Máy biến áp đối xứng 12V – 450mA
- Tính chọn Diot chỉnh lưu :
Muốn có điện áp 5V DC ở đầu ra của mạch nguồn, mà điện áp đầu vào là 220V AC
nên ta có thể dùng máy biến áp 220V AC – 24V AC 3A, 220V AC – 12V AC 1A.....
trong đề tài này chúng em chọn 220V AC – 12V AC 1A.
- Chỉnh lưu cầu: biến đổi dòng điên xoay chiều thành dòng điện một chiều

Hình 2.11. Diot chỉnh lưu cầu
- IC ổn áp: Có 2 linh kiện họ ổn áp là LM78xx và LM79xx.
+ Họ 78xx là cho ra điện áp dương, còn xx là giá trị đầu ra như: 5V, 9V, 12V...
+ Họ 79xx là cho ra điện áp âm, còn xx là giá trị đầu ra như: -5V, -9V, - 12V ...

18


- Tính chọn IC:
Do yêu cầu cần nguồn 5 VDC nên ta chọn IC ổn áp LM7805

Hình 2.12. IC ổn áp LM7805
IC ổn áp này luôn cho ra điện áp ổn định xấp xỉ 5V đủ cung cấp nguồn nuôi cho cảm
biến và relay
Thực tế IC 7805 có Io = 100mA, dịng đầu ra I = 1A
- Tính chọn tụ:

Hình 2.13. Tụ phân cưc
Mà mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ nên cứ 10µF/1mA
=> C = 10.100 = 1000 µF
Với giá trị như vậy ta có thể chọn tụ hóa là: 1000µF

Tụ hóa đầu ra sau khi ổn áp ta chọn là 100 µF
Tụ hoạt động ở Umax = 25vdc
Có chân dương và âm đối với tụ phân cực (tụ hóa)
19


- Chọn Led đơn:

Hình 2.14. Led đơn

Thông số chung LED đơn 5mm:
- Điện áp hoạt động ở mức: 1,8V - 3V;
- Dòng điện: 10mA - 20mA;
- Loại LED: LED đục, LED siêu sáng;
- Màu LED: xanh lá, xanh lam, đỏ, vàng, trắng đục, trắng siêu sáng.

Hình 2.15.Thông số điện áp của Led
Do có sẵn linh kiện nên ta chọn led có U=1,9V-3.0V, I=20mA

20


-

Tính chọn điện trở:

Hình 2.16. Điện trở
-

Điện trở là linh kiện thụ động có tác dụng cản trở cả dịng và áp. Điện trở được sử

dụng rất nhiều trong các mạch điện tử. Điện trở của dây dẫn có trị số điện trở lớn
hay nhỏ tùy thuộc vào vật liệu làm dây, tỉ lệ thuận với chiều dài và tỉ lệ nghịch với
tiết diện dây dẫn.

Cơng thức tính:

R = = = 100 (Ω)
Trong đó:
Unguồn : nguồn ni đầu vào
U1led : điện áp hoạt động của 1 Led đơn
n : số led dùng trong mạch
i: dòng điện Led
Do điều kiện thực tế, ta thấy có thể chọn điện trở từ 100 Ω - 220 Ω. Để bảo vệ điện áp
rơi trên trở sau khi vào tải tốt hơn ta chọn trở có giá trị 220 Ω.

2.5.2. Tính chọn linh kiện cho khối cảm biến

21


Đối với bộ cảnh báo an ninh, ta nên dùng cảm biến hồng ngoại E18-D80NK gồm
có 3 chân trong đó VCC (5VDC) và GND (0V) dùng để làm chân cấp nguồn cho cảm
biến, chân OUT cho ra mức logic 1 dùng để phát hiện đối tượng.
Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK với độ bền và độ ổn định cao, cảm biến sử
dụng ánh sáng hồng ngoại để xác định vật cản phía trước cảm biến, cảm biến phát ra
tia hống ngoại với dải tần số chuyên biệt cho khả năng chống nhiễu tốt kể cả ở điều
khiện ánh sáng ngồi trời.
Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK có thể chỉnh khoảng cách mong muốn
thông qua biến trở trên cảm biến, cảm biến có ngõ ra là cấu trúc Transistor NPN đã
được nối điện trở nội 10k lên VCC nên có thể sử dụng ngay mà khơng cần trở kéo lên

VCC.
* Thông số kỹ thuật:
- Điện áp hoạt động: 5V DC
- Dòng điện: 20mA
- Khoảng cách: 3 - 80cm
- Kết nối dây:
+ Nâu: 5V DC
+ Xanh dương: GND / 0V
+ Đen: Tín hiệu NPN thường hở ( Tín hiệu ra bằng với điện áp cấp cho cảm biến)
- Nhiệt độ: -25°C ~ +55°C
- Chiều dài dây: 1m
- Có thể điều chỉnh khoảng cách bằng biến trở
- kích thước: 17 * 45 mm

Hình 2.17. Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK
2.5.3. Tính chọn linh kiện cho khối so sánh

22


- Đối với khối so sánh , ta chọn IC LM358 để so sánh điện áp đầu vào từ cảm biến với
điện áp tham chiếu được đặt từ trước.
- Nguyên tắc hoạt động chung của mạch
V- :Điện áp đầu vào âm, điều chỉnh bằng triết áp
V + :Điện áp đầu vào dương
Vout :điện áp đầu ra
Khi: V- > V+ => Vout = 0
V - < V+ => Vout = 1
 Sơ đồ chân, cấu tạo và thông số IC LM358
* Sơ đồ chân, cấu tạo

Hình 2.18. Sơ đồ chân, cấu tạo IC LM358
Chân 1: Output OA1
Chân 2: Đầu vào âm OA1
Chân 3:Đầu dương OA1
Chân 4: GND
Chân 5: Đầu dương OA2
Chân 6: Đầu vào âm OA2
Chân 7: Đầu ra OA2
Chân 8: Dương nguồn
IC LM358 : là bộ khuếch đại thuật toán kép cơng suất thấp, bộ khuếch đại này có ưu
điểm hơn so với bộ khuếch đại thuật toán chuẩn trong các ứng dụng dùng nguồn đơn
*Thông số IC LM358
- Sử dụng nguồn đơn từ 3-32V
- Có thể dử dụng nguồn đôi từ 2-15V
- Độ lợi khuếch đại trong dải K=0 tơi 100db

23


- Điện áp ngõ ra trong dải từ 0 tới 1,5
IC LM358 có thể hoạt động ở nguồn điện áp thấp 3V hoặc cao lên tới 32V. LM358
có cơng suất cực máng thấp, tuy nhiên có độ lợi cao 100dB. Cấu tạo bên trong của IC
LM358 gồm 2 bộ khuếch đại thuật tốn, tương thích với nhiều loại mạch logic khác
nhau.
-

Chọn điện áp tham chiếu:

+ Ở đây ta chọn biến trở để làm điện áp tham chiếu so sánh với điện áp đầu vào V in từ

cảm biến ra
+ Biến trở được sử dụng cho các ứng dụng thương mại thường có phần tử điện trở làm
bằng carbon hoặc gốm kim loại (kết hợp giữa gốm và kim loại), hoặc bằng dây điện trở
được quấn trên trục gá cách điện. Các ưu điểm chính của chiết áp vặn dây có hệ số
độ thấp , tiêu tán công suất cao hơn, tiếng ồn thấp hơn, khả năng chịu điện trở chặt hơn,
và khi được sử dụng như một biến trở, khả năng mang dòng điện tuyệt vời qua cần gạt
nước do điện trở tiếp xúc thấp hơn.nhiệt

Hình 2.19.Chiết áp (điện áp tham chiếu)

-

Tính chọn transistor:

24


Hình 2.20. Transistor
C1815 là transistor BJT gồm ba miền tạo bởi hai lớp tiếp giáp pn, trong đó miền giữa
là bán dẫn loại p miền có mật độ tạp chất cao nhất, kí hiệu n+ là miền phát (emitter).
Miền có mật độ tạp chất thấp hơn, kí hiệu n, gọi là miền thu (collecter). Miền giữa có
mật độ tạp chất rất thấp, kí hiệu p, gọi là miền gốc (base). Ba chân kim loại gắn với 3
miền tương ứng với 3 cực emitter(E), base(B), collecter(C) của transistor.
Transistor C1815 là transistor thuộc loại transistor NPN.
C1815 có Uc cực đại = 50V dòng Ic cực đại = 150mA.
Ứng dụng của Transitor C1815 :
Điều khiển tần số âm chung cho các mạch ứng dụng khuếch đại.
Kích điện áp ,
Đóng mở như cơng tắc điện tử.
Kiểu chân và kích thước Transitor C1815 :

C1815 có kiểu chân là T092 có nghĩa là kiểu chân cắm.
C1815 la dịng transistor ngược NPN .
Thơng 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
Giải thích :Transitor C1815 hoạt động phụ thuộc vào dịng vào từ chân B . Khi chân B
có dịng vào thì lớp bán dẫn sẽ được mở khiến xuất hiện dòng CE chạy qua IC led sáng
. Nếu ở chân B khơng có dịng thì lớp bán dẫn khơng mở và khơng có dịng qua CE led
khơng sáng.
Dịng qua B được tính theo cơng thức : IC = β.IB
trong đó :
IC là dòng chạy qua mối CE
IB là dòng chạy qua mối BE
β là hệ số khuyếch đại của Transistor

25