Đang tải... (xem toàn văn)
Đối mặt với các yếu tố như tiết kiệm năng lượng, sự thuận tiện và bảo vệ môi trường, vấn đề sau có thể đặt ra: Vấn Đề Chính: Tối Ưu Hóa Hệ Thống Điều Khiển Ánh Sáng Dùng Quang Trở cho C
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA: ĐIỆN ĐIỆN TỬ
MẠCH ĐI U KHIỂN NH S NG DÙNG QUANG TRỞ
Giảng viên hướng dẫn: Đỗ Quang Huy Sinh viên thực hiện: 1, Nguyễn Đức Anh 2, Trần Đức Hùng Lớp: 122221.2
1
Trang 2Hưng yên - 2024LỜI NDI ĐEU
Ngày nay, con người cùng những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến của thế giới, chúng ta đã và đang ngày càng 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 đặc điểm nổi bật cũng 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.
Hiện tại bản thân em là một sinh viên của trường,em đã được học tập và traudồi kiến thức về những môn học chuyên ngành Tuy nhiên được học tập và thựchành nhiều trên lớp nhưng đó chỉ là một phần nào đó nhỏ bé so với kiến thứcbên ngoài ngày nay và sau này khi ra trường chúng em sẽ gặp phải.Trong nhữngnăm học vừa qua em đã học hỏi và nghiên cứu, được sự giúp đỡ, chỉ bảo ân cầntận tình của các thầy cô em đã học được rất nhiều điều trong thực tế , tư vấnnhững tài liệu tham khảo để hoàn thành đồ án này Vì vậy sau khi cân nhắc vàđược sự góp ý của thầy cô em đã chọn đề tài : “ chế tạo Mạch điều khiển ánhsáng dùng quang trở ” Vì đây là lần đầu tiên viết báo cáo đồ án nên còn nhiềusự thiếu sót, rất mong các thầy cô thông cảm.
ChFng em xin trân thKnh cảm ơn!
Nhóm sinh viên thực hiện :
Nguyễn Đức Anh Trần Đức Hùng
2
Trang 35 Phương pháp nghiên cứu……… ….7
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN V MẠCH ĐI U KHIỂN NH S NG DÙNGQUANG TRỞ
I.Các linh kiện được sử dụng trong mạch
Trang 4I.Mạch hoàn thành 17 II.Ứng dụng 17,18
4
Trang 5MỞ ĐẦU1.Đặt vấn đề
Trong bối cảnh ngày càng tăng về sự tiện lợi và hiệu suất năng lượng, việc phát triển một hệ thống điều khiển ánh sáng thông minh và hiệu quả sử dụng quang trở là một thách thức quan trọng Đối mặt với các yếu tố như tiết kiệm năng lượng, sự thuận tiện và bảo vệ môi trường, vấn đề sau có thể đặt ra:
Vấn Đề Chính: Tối Ưu Hóa Hệ Thống Điều Khiển Ánh Sáng Dùng Quang Trở cho Các Ứng Dụng Đa Dạng
- Điều Chỉnh Độ Sáng Tự Động: Làm thế nào chúng ta có thể tối ưu hóa một hệ thống điều khiển ánh sáng dựa trên quang trở để tự động điều chỉnh độ sáng theo điều kiện ánh sáng môi trường, không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn mang lại trải nghiệm thoải mái cho người sử dụng?
- Kết hợp Với Công Nghệ IoT: Làm thế nào chúng ta có thể tích hợp hệ thống điều khiển ánh sáng với công nghệ IoT để tạo ra một hệ thống linh hoạt, có khả năng tương tác và có thể được quản lý từ xa thông qua các thiết bị thông minh?
- Kiểm Soát Nhanh Chóng và Đáng Tin Cậy: Làm thế nào chúngta có thể đảm bảo rằng hệ thống điều khiển ánh sáng phản ứng nhanhchóng và đáng tin cậy trong việc điều chỉnh độ sáng dựa trên biến động của môi trường ánh sáng?
- Phát Triển Giao Diện Người Dùng Thân Thiện: Làm thế nào chúng ta có thể phát triển một giao diện người dùng thân thiện để người dùng có thể dễ dàng tương tác và tùy chỉnh hệ thống điều khiểnánh sáng theo mong muốn cá nhân?
- Bảo Mật và Quyền Riêng Tư: Làm thế nào chúng ta có thể đảm bảo an toàn và bảo mật thông tin khi tích hợp các tính năng thông minh trong hệ thống điều khiển ánh sáng, đồng thời tôn trọng quyền riêng tư của người dùng?
- Thích ứng với Môi Trường Ánh Sáng Khác Nhau: Làm thế nào hệ thống có thể tự động thích ứng với các điều kiện ánh sáng khác nhau như ánh sáng tự nhiên ban ngày và ánh sáng nhân tạo ban đêm mà không làm ảnh hưởng đến trải nghiệm người dùng?
5
Trang 6- Chế Tạo Chi Phí Hiệu Quả: Làm thế nào chúng ta có thể chế tạo hệ thống với chi phí hiệu quả để đảm bảo tính khả thi và sự áp dụng rộng rãi trong các ứng dụng gia đình và công nghiệp? Những vấn đề trên mang lại cơ hội và thách thức cho những người nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực mạch điều khiển ánh sáng sử dụng quang trở Đối mặt với những yêu cầu ngày càng cao về hiệu suất và tính linh hoạt, giải quyết những thách thức này sẽ đóng góp vào sự tiến bộ của công nghệ điều khiển ánh sáng thông minh.2.Lý do chọn đề tài
Lựa chọn đề tài làm về mạch điều khiển ánh sáng bằng quang trở có thể được định hình bởi một số lý do quan trọng sau:
- Sự phát triển công nghệ: Quang trở là một phần của sự tiến bộ trong lĩnh vực vật liệu và điện tử Việc sử dụng chúng để điều khiểnánh sáng đang trở nên phổ biến hơn trong các ứng dụng từ đèn chiếu sáng thông minh đến các hệ thống tự động hóa.
- Tiềm năng tiết kiệm năng lượng: Việc sử dụng quang trở để điều khiển ánh sáng có thể mang lại tiết kiệm năng lượng lớn Bằng cách tối ưu hóa việc sử dụng ánh sáng theo nhu cầu thực tế, chúng ta có thể giảm lượng điện tiêu thụ một cách đáng kể.
- Ứng dụng đa dạng: Mạch điều khiển ánh sáng bằng quang trởcó thể áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như trong công nghiệp, nhà ở y tế và các khu vực công cộng Sự linh hoạt này tạo ra một hướng nghiên cứu có tính ứng dụng cao.
- Thách thức kĩ thuật: Việc thiết kế mạch điều khiển anshh sáng bằng quang trở đòi hỏi sự kết hợp giữa kiến thức về điện tử, vật liệu và lập trình Điều này mang lại cơ hội thách thức và phát triển kỹ năng kỹ thuật cho người nghiên cứu.
- Tiềm năng cải thiện môi trường sống: Việc tối ưu hóa việc sử dụng ánh sáng thông qua các mạch điều khiển có thể góp phần vàoviệc tạo ra môi trường thông minh, hiệu quả và thân thiện với môi trường hơn.
- Cơ hội đóng góp cho sự tiến bộ: Nghiên cứu về mạch điều khiển ánh sáng bằng quang trở có thể đóng góp vào việc phát triển công nghệ mới, giúp cải thiện hiệu suất và tính ứng dụng của các hệ thống chiếu sáng.
6
Trang 7Chọn đề tài này mang lại cơ hội tìm hiểu sâu về các công nghệ mới, đồng thời có thể góp phần vào việc cải thiện hiệu suất và tiết kiệm năng lượng trong việc sử dụng ánh sáng.
3.Mục đích nghiên cứu
Vận dụng kiến thức đã học để nghiên cứu thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống tưới tự động, từ đó đưa vào ứng dụng thực tiễn Giúp cho việc tưới tiêu cây trong ở nước ta có những phương án mới và đạt được hiệu quả cao.
5 Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện nội dung đề tài nghiên cứu, em tiến hành phương pháp nghiên cứu sau:Các kết quả nghiên cứu kế thừa
- Kế thừa công trình nghiên cứu của các thế hệ trước về cơ sở lý thuyết của các phần mềm lập trình và mô phỏng.
- Kế thừa các nghiên cứu có trong thực tiễn.Định hướng nghiên cứu
- Nghiên cứu phần mềm lập trình và mô phỏng trên máy tính.- Tìm ra các phần mềm lập trình đơn giản, dễ sử dụng, hiệu quả.
Kiểm chứng
- Chạy thử mô hình nhiều lần, kiểm tra phát hiện lỗi và từ đó hoàn thiện hệ thống.
7
Trang 8CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN V MẠCH ĐI U KHIỂNNH S NG DÙNG QUANG TRỞ
I.Các linh kiện được sử dụng trong mạch1.1.Máy biến áp.
- Thông số kỹ thuật
• Điện áp vào : 0V – 220V/1P • Điện áp ra : 0V – 12V/1P • Tần số : 50Hz /60Hz • Công suất : 60VA – 5A
- Nguyên lý hoạt động : là một biến ápcách ly.
1.2.Diode chỉnh lưu RS507
8
Trang 9Thông số kỹ thuật:
- Điện áp ngược cực đại: 1000V - Dòng thuận cực đại: 5A - Điện áp rơi thuận: 1V - Dòng ngược: 500uA
- Dải nhiệt độ hoạt động: -55 C ~ 150 Coo
Diode cầu RS507glà diode chỉnh lưu cầu, có cấu tạo gồm 4 diode được đóng gói trong một gói duy nhất, gồm 4 chân.
1.3 Đèn Led
- LED (viết tắt của Light Emitting Diode , có nghĩa là điốt phát quang) là các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tửngoại Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loạiP ghép với một khối bán dẫn loại N Với các ưu điểm: ánh sáng lớn, độ bền cao và ít tiêu tốn điện năng,.
9
Trang 10- Led được sử dụng rộng rãi trên các lĩnh vực: quảng cáo ngoàitrời,bảng quảng cáo, đồng hồ cớ lớn đặt tại các biển quảng cáo tấm lớn trên đường cao tốc,hệ thống đèn giao thông,biển chỉ dẫn,và các sản phẩm khác như biển chạy chữ điện tử,bảng hệ thống giờ,bảng tỉ giá, chứng khoán
10
Trang 11- Điện áp đầu ra (Output Voltage): 5V.
- Dòng điện tối đa (Maximum Output Current): Thường là 1A, tức là có thể cung cấp dòng điện đến 1A mà không làm giảm điện áp đầu ra quá mức
- Nhiệt độ làm việc (Operating Temperature): Thường là từ 0 đến 125 độ C.
Bảo vệ quá dòng và quá nhiệt độ (Overcurrent and Thermal Protection): IC 7805 thường có chức năng bảo vệ quá dòng và quá nhiệt độ để ngăn chặn hỏng hóc do điện áp quá cao hoặc dòng điện quá tải.
Công dụng của IC 7805:
Ổn định điện áp - : Chủ yếu, nó được sử dụng để biến đổi một điện áp đầu vào không ổn định thành một nguồn điện ổn định 5V - Nguồn cấp cho các vi mạch điện tử: IC 7805 thường được sử dụng trong các dự án điện tử để cung cấp nguồn điện ổn định cho các vi mạch và linh kiện khác
- Sạc pin: Có thể sử dụng IC 7805 để cung cấp nguồn điện ổn định cho quá trình sạc pin
- Ứng dụng trong các dự án DIY: Vì tính đơn giản và hiệu quả của nó, IC 7805 thường được sử dụng trong các dự án làm mô hình, robot, hoặc các mạch điện tử tự chế.
1.6 Tụ hóa 16v
- Thông số kỹ thuật :• Điện áp : 16V
11
Trang 12• Nhiệt độ hoạt động : -40°C >85°C• Loại : Điện dung cố định
- Nguyên lý hoạt động : là khả năng nạp xả thông minh, ngăn điện áp 1 chiều, cho điệnáp xoay chiều lưu thông giúp truyền tín hiệu giữa các tầng khuyếch đại có chênh lệch điện thế.Tụ hoá còn có vai trò lọc điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều bằng phẳng bằng cách loại bỏ pha âm
1.7 Biến trở
Thông số kỹ thuật:
- Giá trị trở của biến trở, trong trường hợp này là 50k ohm.- Công suất: 2W.
- Nhiệt độ làm việc: - 55 C đến o125 C.o
12
Trang 13Ứng dụng của relay 5 chân:
- Mạch chuyển đổi (Switching Circuit): Sử dụng để chuyển đổi một mạch điện từ trạng thái mở sang đóng hoặc ngược lại, tùy thuộc vào trạng thái ban đầu của relay.
- Điều khiển thiết bị điện từ xa: Relay có thể được sử dụng để điều khiển các thiết bị từ xa bằng cách sử dụng tín hiệu điện áp thấp ở chân cuộn relay.
- Bảo vệ thiết bị: Relay có thể được sử dụng để bảo vệ thiết bị khỏi các điện áp quá cao hoặc quá thấp bằng cách ngắt mạch khi điều kiện không an toàn xảy ra.
- Ứng dụng trong ô tô: Trong ô tô, relay thường được sử dụngđể điều khiển các thiết bị như đèn, quạt làm mát, hay cả hệ thống khởi động.
- Tự động hóa: Relay thường được sử dụng trong các ứng dụngtự động hóa để kiểm soát các thiết bị và quy trình.
- Mạch bảo vệ chống quá tải: Sử dụng để ngắt mạch khi dòng điện vượt quá giới hạn an toàn Điều khiển motor: Relay có thể được sử dụng để kiểm soát motor hoặc thiết bị điện khác trong các ứng dụng công nghiệp.
1.9.Transistor C2383
13
Trang 14Tính năng và thông số kỹ thuật của 2SC2383Tên mã: C2383
- Khi không có dòng điện vào chân B (Base): Không có dòng chảy từ Collector đến Emitter, và transistor làm ngăn chặn dòng này.
- Khi có dòng nhỏ vào chân B: Dòng cơ bản này kích thích transistor,cho phép dòng lớn hơn chảy từ Collector đến Emitter.
- Dòng lớn Collector-Emitter được kiểm soát bởi dòng nhỏ Emitter: Hệ số truyền dẫn (Hfe hoặc Beta) thể hiện tỷ lệ giữa dòng Collector và dòng Base
Base-Ứng dụng phổ biến của transistor:
- Bộ khuếch đại: Sử dụng để tăng cường tín hiệu điện.
- Công tắc điện tử: Sử dụng làm công tắc điều khiển dòng điện lớn thông qua dòng nhỏ.
- Biến đổi tín hiệu: Dùng trong các mạch lọc và tạo sóng - Stabilizers (ổn định áp): Sử dụng trong mạch ổn định áp - Các mạch logic điện tử: Sử dụng trong các mạch logic cơ bản - Amplifiers RF (Tín hiệu Tần số cao): Sử dụng trong mạch khuếch đại tín hiệu sóng vô tuyến.
2 Quang trở
14
Trang 15Sơ lược về cảm biến ánh sáng hay quang trở :
- Quang trở LDR (Light Dependent Resistors) Điện trở phụ thuộc vàoánh sáng: là một loạicảm 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
làCadmium sulfide – CdS, Cadmium selenide – CdSe) làm phát sinh cácđiện tử tự do, tức sựdẫn điện tăng lên và làm giảm điện trở của chất bán dẫn Các đặc tính điện và độ nhạy củaquang điện trở tùy thuộc vào vật liệu chế tạo.
- Khi ánh sáng kích thích chiếu vào LDR thì nội trở của LDR sẽ giảm xuống, tiến về 0Ω (mạch kín)
Nhưng khi ánh sáng kích thích ngừng thì nội trở tăng đến vô cùng(hở mạch)
15
Trang 16II Sơ đồ nguyên lý vK nguyên lý hoạt động của mạch 2.1.Sơ đồ nguyên lý vsf nguyên lý hoạt động
- Mạch điều khiển ánh sáng sử dụng quang trở hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi điện trở của quang trở khi đối mặt với ánh sáng.
16
Trang 172.2 Sơ đồ mạch in
2.3 Mạch mô phỏng 3D
17
Trang 18CHƯƠNG 2.MẠCH HO N TH NH V ỨNG DỤNG I.Mạch hoàn thành
II.Ứng dụng
18
Trang 19Mạch điều khiển ánh sáng sử dụng quang trở là một phần quan trọng của hệ thống tự động hóa ánh sáng và có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến của mạch này:
- Điều khiển đèn tự động: Mạch điều khiển ánh sáng với quang trở thường được sử dụng để tự động bật/tắt đèn dựa trên mức độ ánh sáng trong môi trường xung quanh Nó có thể điều chỉnh đèn theo mức ánh sáng tự nhiên để tiết kiệm năng lượng.
- Chiếu sáng công cộng: Trong các khu vực như đường phố, công viên, và các khu vực công cộng khác, mạch điều khiển ánh sáng có thể được tích hợp để tự động điều chỉnh đèn chiếu sáng dựa trên điều kiện ánh sáng xung quanh
- Quản lý năng lượng trong các tòa nhà: Mạch có thể được sử dụng trong hệ thống chiếu sáng của các tòa nhà để điều chỉnh đèn dựa trên sự có mặt của người và mức ánh sáng tự nhiên, giúp tối ưu hóa năng lượng tiêu thụ.
- Hệ thống đèn an ninh: Mạch điều khiển ánh sáng cũng có thể được tích hợp vào hệ thống an ninh, tự động bật đèn khi cảm biến phát hiện chuyển động hoặc khi có sự can thiệp không mong muốn - Chiếu sáng thông minh trong nhà: Trong các hệ thống chiếu sáng thông minh trong nhà, mạch quang trở có thể là một phần của các bộ điều khiển thông minh để điều chỉnh đèn theo các yêu cầu cụ thể hoặc theo lịch trình
- Chiếu sáng trong ngành công nghiệp: Trong môi trường công nghiệp, mạch điều khiển ánh sáng có thể được sử dụng để quản lý chiếu sáng tại các khu vực làm việc, tăng cường hiệu suất lao động và giảm tiêu thụ năng lượng
- Hệ thống chiếu sáng ô tô: Trong ô tô, mạch điều khiển ánh sáng với quang trở có thể được sử dụng để tự động điều chỉnh đèn phadựa trên điều kiện môi trường và góc nhìn của người lái
- Đèn hậu tự động trên đường sắt: Trên đường sắt, mạch điều khiển ánh sáng có thể được tích hợp vào đèn hậu của các tàu để tự động bật/tắt hoặc điều chỉnh độ sáng dựa trên điều kiện môi trường vàtình trạng hoạt động.
19