Mạch đèn cảm biến ánh sáng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC NHẬP MÔN KĨ THUẬT Đề tài: MẠCH ĐÈN CẢM BIẾN ÁNH SÁNG Nhóm thực hiện: Phạm Văn Thành ĐT6 - 20112671 Nguyễn Văn Thuân ĐT7 - 20114638 Lê Văn Tám ĐT7 - 20112109 Bùi Hoàng Anh Tuấn ĐT7 – 20112406 Lê Văn Sơn ĐT7 - 20112066 Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Đức Minh Hà Nội, 11-2012 MỤC LỤC PHẦN 1: GIỚI THIỆU Ý TƯỞNG VÀ XÂY DỰNG CHỈ TIÊU KĨ THUẬT CỦA SẢN PHẨM. 1.1 Phân tích nhu cầu và sự cần thiết của sản phẩm. Điện năng là một nguồn năng lượng rất quan trọng trong cuộc sống hiện đại, chính vì vậy mà điện phải được sử dụng một cách thích hợp. 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. Mạch cảm biến được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều thiết bị chiếu sáng quan thuộc như đèn đường, đèn công viên, đèn cầu thang… nhằm mục đích đảm bảo được nhu cầu chiếu sáng đồng thời với việc tiết kiệm điện năng và công sức con người. 1.2 Các sản phẩm đã có trên thị trường. Trên thị trường hiện có rất nhiều sản phẩm sử dụng mạch nguyên lý cảm biến ánh sáng để phục vụ cho mục đích chiếu sáng, sau đây là một số sản phẩm điển hình: Đèn vườn tự động Đèn sử dụng năng lượng mặt trời, tự động sạc và bật sáng vào ban đêm Thông số kĩ thuật: Độ sáng của LED: 30.000cmd Pin sạc AA – 1.2V x 600mmA Thời gian sạc: 8-10 giờ Thời gian sáng: 8-9 giờ Giá thành: 160.000đ/ cái Đèn cảm ứng Đèn LED cảm ứng tự động phát sáng khi trời tối, tự động tắt khi bật các thiết bị chiếu sáng khác, có thể cắm ở cầu thang, phòng ngủ, nhà vệ sinh để tránh vấp ngã do trời tối. Thông số kĩ thuật: Điện áp: 160-250V Công suất: 1W Giá thành: 59.000đ/cái Các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm Chức năng sản phẩm. Sản phẩm sử dụng nguồn điện 1 chiều 6V để cung cấp cho bóng LED, đồng thời tự động tắt khi có ánh sáng chiếu vào, tự động bật khi không có ánh sáng hoặc ánh sáng quá yếu. Chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm. Hoạt động ổn định trong dải điện áp 4-6V. Đèn phải tắt khi trời sáng và tự bật khi cường độ ánh sáng giảm đến một mức độ nhất định. Độ nhạy cao và ổn định. Mạch đơn giản và dễ tùy biến. Tín hiệu đầu vào. Tín hiệu đầu vào là tín hiệu ánh sáng, cụ thể là ánh sáng chiếu vào quang trở. Tín hiệu này có thể thay từ từ theo thời gian (nếu là ánh sáng mặt trời) hoặc đột ngột (nếu là ánh sáng nhân tạo). Tín hiệu đầu ra. Tín hiệu đầu ra là tín hiệu quang, cụ thể là ánh sáng của đèn LED. Các yêu cầu phi chức năng Nhỏ gọn, tuổi thọ 1,5-2 năm. Giá thành rẻ (khoảng 40.000đ ). PHẦN 2: LẬP KẾ HOẠCH. Kế hoạch thực hiện sản phẩm và phân công nhiệm vụ cho từng thành viên tham gia phát triển sản phẩm: Mục Công việc Người thực hiện Bắt đầu Kết thúc 1 Xây dựng ý tưởng Tám 10/11 20/11 2 Mua linh kiện và lắp mạch Thanh, Thuân 14/11 26/11 3 Mô phỏng mạch Sơn 15/11 20/11 4 Viết báo cáo Tuấn 20/11 26/11 PHẦN 3: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KĨ THUẬT. Sơ đồ khối của sản phẩm. Tác nhân: Ánh sáng tự nhiên( ánh sáng mặt trời) hoặc ánh sáng nhân tạo (bóng đèn). Khối cảm biến: Có chức năng biến tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện, ở đây ta dùng quang trở. Như chúng ta đã biết, khi được ánh sáng chiếu vào, điện trở của quang trở giảm đi đáng kể so với khi không được chiếu sáng. Khối nguồn: Có nhiệm vụ cung cấp nguồn điện cho mạch, ở đây là nguồn pin 1 chiều 6V Khối hiển thị: hiển thị ánh sáng, ở đây là đèn LED Thuật toán, linh kiện, kiến trúc mạch. Những linh kiện được sử dụng trong mạch: 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 trong mạch điện. Cấu tạo: Điện trở được cấu tạo từ những vật liệu có điện trở suất cao như than, Magie, Ni-O2, gốm… Để biểu thị giá trị của điện trở người ta sử dụng những vòng màu. Kí hiệu: Hình ảnh: Tranzitor. Kí hiệu: Tranzitor NPN: Tranzitor PNP: Cấu tạo: Tranzitor cấu tạo bởi 2 lớp tiếp xúc P-N liên tiếp gồm các vùng bán dẫn loại P và N xếp xen kẽ nhau, vùng ở giữa có tính chất dẫn điện khác với 2 vùng lân cận và bề rộng rất mỏng (cỡ 10 Ao) đủ để tạo lên tiếp xúc P-N gần nhau. Nếu vùng ở giữa là N ta có tranzitor PNP, ngược lại ta có tranzitor NPN. Trong mạch này ta sử dụng tranzitor C828. Diode – LED. Diode thường: là linh kiện điện tử thụ động và phi tuyến, cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều duy nhất, tính chất này dựa trên các tính chất của chuyển tiếp P-N. Trong bài này ta sử dụng diode 1N4007. Diode phát quang (LED) thực chất được cấu tạo bởi 1 lớp chuyển tiếp P-N dị thể (P-P-N), ở gần mặt tiếp xúc P-N có một vùng gọi là vùng điện tích không gian hình thành do sự khuếch tán điện tử ở N sang P và lỗ trống từ P qua N. Khi đặt thiên áp thuận, cường độ điện trường tại vùng điện tích không gian giảm xuống làm tăng mật độ hạt dẫn dư, từ đó xảy ra quá trình tái tổ hợp giữa các điện tử và lỗ trống, quá trình tái tổ hợp này sinh ra năng lượng và được giải phóng dưới dạng nhiệt (với bán dẫn xiên như Si) hoặc ánh sáng vàng-đỏ (với bán dẫn thẳng GaAsP). Lợi dụng tính chất này người ta chế tạo ra LED (light emitting diode - diode phát quang). Phần ngoài của LED có một thấu kính để tập trung ánh sáng phát ra ngoài. Hình ảnh: Kí hiệu: Để có ánh sáng liên tục, người ta phân cực thuận LED. Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau sẽ quyết định màu sắc của LED. Thông thường LED có điện thế phân cực thuận cao hơn diode thông thường, trong khoảng 1.5V - 2.8V, tùy theo màu sắc phát ra, và dòng qua LED tối đa khoảng vài mA. Quang trở (light dependant resistor - LDR). Quang trở là 1 điện trở có trị số phụ thuộc vào ánh sáng chiếu vào nó, bình thường điện trở quang trở rất lớn, có thể lên đến 1000000Ώ. Nhưng khi có ánh sáng chiếu vào, điện trở của nó giảm đột ngột. Quang trở có tác dụng đặc biệt trong mạch cảm biến sáng-tối. Kí hiệu: Hình ảnh: Role. Role có tác dụng đóng, ngắt dòng điện chạy qua đèn LED. Kí hiệu: Hình ảnh: PHẦN 4: THIẾT KẾ MẠCH. Sơ đồ nguyên lý của mạch (mô phỏng bằng phần mềm Proteus): Nguyên lí hoạt động của mạch: Khi có ánh sáng: quang trở có điện trở nhỏ => Uquang trở nhỏ khi qua tranzitor được khuếch đại lên => Ucuộn dây rơ le nhỏ làm cho rơ le ngắt và ko có nguồn cấp cho đèn LED=> đèn LED tắt. Khi không có ánh sáng: quang trở có điện trở lớn=> Uquang trở lớn khi qua tranzitor được khuếch đại lên=> Ucuộn dây rơ le lớn làm cho rơ le đóng và có nguồn cấp cho đèn LED=> đèn LED sáng. PHẦN 5: TRIỂN KHAI. Công việc Người thực hiện Yêu cầu Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý mạch Tám Nắm rõ được nguyên lý hoạt động của mạch để sửa chữa khi mạch không hoạt động. Mô phỏng mạch bằng Proteus Sơn Mô phỏng chính xác trước khi bắt tay vào lắp ráp mạch, mạch được mô phỏng phải chạy. Mua linh kiện Thành Mua đủ và đúng linh kiện, đảm bảo linh kiện chạy tốt. Lắp ráp mạch Thuân Lắp ráp mạch dựa trên sơ đồ nguyên lý, mạch lắp ráp phải đẹp và chạy được. Viết báo cáo Tuấn Báo cáo đầy đủ, rõ ràng chi tiết, tránh gây khó hiểu hoặc hiểu nhầm cho người đọc. PHẦN 6: THỰC NGHIỆM. Sau khi đã lắp được mạch, nhóm em đã thực hiện demo sản phẩm và thu được kết quả sau: Khi có ánh sáng: Khi che nguồn sáng: Cuối cùng, thay mặt nhóm thực hiện, em chân thành cảm ơn thầy đã góp ý và hướng dẫn chúng em hoàn thành đồ án này. Nhóm thực hiện.