TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

ĐỀ TÀI:

CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI PHÁT HIỆN NGƯỜI.

MÔN HỌC: ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ

LỚP: KĨ THUẬT ĐK- TĐH 05

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN CẢNH QUANG

HÀ NỘI -NĂM 2019

Báo cáo bài tập lớn

ĐỀ TÀI:

CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI PHÁT HIỆN NGƯỜI.

Môn học: Điện tử tương tự

Lớp: KT-ĐK và TĐH 05

Nhóm sinh viên thực hiện:

Mai Đình Hoàng 20173913

Nguyễn Quang Linh 20174018

Nguyễn Tài Tăng 20174188

Nguyễn Đỗ Tâm Anh 20173643

Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Cảnh Quang.

Mục Lục

Phần 1: Giới thiệu chung về đề tài.

1.1. Giới thiệu.

1.2. Mục đích chọn đề tài.

1.3. Nguyên tắc hoạt động chung của mạch.

Phần 2: Đối tượng điều khiển IC LM 358

2.1 . Sơ đồ và chân cấu tạo

2.2 . Thông số IC LM358

2.3 . Các tính năng của khuyếch đại thuật toán.

Phần 3: Tổng quan hệ thống, sơ đồ khối và nguyên lý làm việc của mạch.

3.1. Sơ đồ khối.

3.2. Nguyên lý làm việc của mạch.

Phần 4: Thiết kế mạch và sơ đồ nguyên lý.

Phần 5: Kết quả và hướng phát triển.

5.1. Kết quả.

5.2. Hướng nghiên cứu phát triển.

Phần 6: Tài liệu tham khảo.

Phần 1: Giới Thiệu Chung Về Đề Tài.

1.1. Giới thiệu.

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. Một trong

những ứng dụng của rất quan trọng của ngành công nghệ điện tử là tự động

bằng hồng ngoại. Sử dụng hồng ngoại được ứng dụng rất nhiều trong công

nghiệp và các lĩnh vực khác trong cuộc sống với những thiết bị rất tinh vi và đạt

được năng suất, kinh tế thật cao.

Tia hồng ngoại là bức xạ điện từ có bước sóng dài hơn ánh sáng khả kiến

nhưng ngắn hơn tia bức xạ vi ba. Tên “hồng ngoại” có nghĩa là “ngoài mức

đỏ”, màu đỏ là màu sắc có bước sóng dài nhất trong ánh sáng thường.Tia hồng

ngoại có bước sóng 700nm- 1mm, tần số từ 430THz- 300GHz.Vùng sáng mà

mắt người thông thường nhìn thấy, được áp đặt gọi là“ ánh sáng khả kiến”, có

bước sóng 0,38-0,70 μm hay tần số 430-790 THz. Bức xạ hồng ngoại được

định nghĩa có bước sóng từ 0,7μm đến 1mm. Một số sinh vật có thể nhìn thấy

tia hồng ngoại ở vùng gần kề với ánh sáng thường, cũng như trong một số thí

nghiệm thì có người nhìn thấy đến vùng hồng ngoại 1,05μm.

Cảm biến hồng ngoại là mạch cảm biến có khả năng thích nghi với môi

trường, có cặp Led truyền và nhận tia hồng ngoại.Một đèn Led khi gặp vật cản

(chẳng hạn như con người) con Led sẽ sáng lên báo hiệu, còn khi không gặp

vật cản Led sẽ không sáng.

1.2. Mục đích chọn đề tài.

✓ Mạch cảm biến hồng ngoại có ứng dụng thực tiễn trong đời sống

ngày nay như có thể kết hợp làm cảm biến chống trộm.

✓ Thuận tiện và dễ sử dụng.

1.3. Nguyên tắc hoạt động chung của mạch.

𝑉−: Điện áp đầu vào âm, điều chỉnh bằng chiết áp

𝑉+: Điện áp đầu vào dương

Vout: điện áp đầu ra

Khi:

𝑉−> 𝑉+=> Vout = 0

𝑉− < 𝑉+ => Vout = 1

Phần 2: Đối Tượng Điều Khiển.

2.1. Sơ đồ chân, cấu tạo của IC LM 358.

Chân 1: output OA1

Chân 2: đầu vào âm OA1

Chân 3: đầu dương OA1

Chân 4: đi đất

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 công 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

2.2. 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

- 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 công suất cực máng thấp, tuy nhiên có độ lợi cao 100dB.

Cấu tạo bên trong của IC LM358 gồm 2 bộ khuếch đại thuật toán, tương

thích với nhiều loại mạch logic khác nhau.

2.3. Các tính năng của khuếch đại thuật toán.

-Bảo vệ quá áp lối ra.

-Tầng khuếch đại vi sai lối vào.

-Dòng cung cấp lối vào thấp.

-Dải tín hiệu cùng pha mở rộng tới nguồn âm.

Phần 3: Tổng Quan Hệ Thống. Sơ Đồ Khối Và Nguyên Lý

Làm Việc.

3.1. Sơ đồ khối.

>> Khối cảm biến: gồm Led phát và Led thu, nhận nhiệm vụ phát và

thu tín hiệu.

>> Khối so sánh: từ tín hiệu đầu vào thu được IC LM358 so sánh trạng

thái và lật trạng thái.

>> Khối nguồn: cung cấp nguồn 5V cho mạch.

3.2. Nguyên lý làm việc.

>> Nguyên lý: Led phát sẽ phát ra tia hồng ngoại, phát ra một tần số nhất

định,khi phát hiện có vật cản ( ví dụ con người ) trên hướng truyền,tia hồng

ngoại sẽ phản xạ vào đèn thu hồng ngoại, làm Led thu hồng ngoại sẽ thay

đổi điện áp vào chân so sánh của IC LM358. Sau khi so sánh, đèn Led sẽ

sáng lên, đồng thời đầu cho tín hiệu số đầu ra. Ngược lại, nếu không gặp

vật cản thì đèn Led sẽ không sáng.

>> Khoảng cách làm việc hiệu quả từ 2 – 5cm do công suất nhỏ, điện áp

làm việc là 3.3V đến 5V. Độ nhạy của cảm biến được điều chỉnh bằng

chiết áp, cảm biến dễ lắp ráp, dễ sử dụng,…

*Thông số kĩ thuật:

- Bộ so sánh sử dụng LM358, làm việc ổn định.

- Điện áp làm việc: 3.3V – 5V DC.

- kích thước 4cm * 2.5cm

*Cổng giao tiếp

- VCC: điện áp chuyển đổi từ 3.3V đến 5V ( có thể được kết nối trực tiếp

đến vi điều khiển 5V và 3.3V ).

- GND: GND ngoài.

- OUT: đầu ra kĩ thuật số (0 và 1).

Phần

4: Thiết kế mạch và sơ đồ nguyên lý.

• Sơ đồ nguyên lý:

• Mạch in:

• Hình ảnh 3D:

• Giải thích sơ đồ nguyên lý:

𝑉3 =𝑉𝑐𝑐

𝑅𝑡ℎ𝑢+𝑅2∗ 𝑅2

𝑉2 =𝑉𝑐𝑐

𝑅32 + 𝑅21∗ 𝑅21

➢ Khi cấp nguồn vào mạch, Led phát sẽ phát ra tia hồng ngoại, khi đó sẽ

xảy ra hai trường hợp:

TH1: Nếu gặp vật cản ( có thể là người), các tia hồng ngoại sẽ bị vật cản đập

lại vào Led thu, khi đó điện trở của Led thu ( Rthu) vô cùng bé. Từ đó suy ra

𝑉3 gần bằng Vcc và 𝑉3>𝑉2. Do đó 𝑉1 = 𝑉8 =Vcc tức là đèn Led sáng.

TH2: Nếu không gặp vật cản, Led phát luôn luôn phát tia hồng ngoại, khi đó

điện trở của Led thu vô cùng lớn, suy ra 𝑉3 gần bằng 0 và 𝑉3<𝑉2. Do đó 𝑉1=𝑉4 =

0 tức là đèn Led không sáng.

Lưu ý: Khi gặp vật cản, ta phải điều chỉnh biến trở tam giác sao cho V3>V2 thì

khi đó đèn Led sẽ sáng, còn khi chưa điều chỉnh thỏa mãn thì đèn Led vẫn tắt.

• Các linh kiện trong mạch

Linh kiện Số lượng Ghi chú

Điện trở 330 Ohm (1/4W 5%) 02

Điện trở 10K Ohm(1/4W 5%) 01

IC LM358 dip8 01

Biến trở tam giác 10K 01

Led thu hồng ngoại 01 phi 3 hoặc phi 5

Led phát hồng ngoại 01 phi 3 hoặc phi 5

Led đơn phi 3 hoặc phi 5 01

Jump cái đơn thẳng 01

Phần 5: Kết quả và hướng phát triển.

5.1 .Kết quả.

✓ Hiểu được chức năng của bộ so sánh IC LM358.

✓ Làm được mạch cảm biến hồng ngoại phát hiện người.

✓ Hạn chế: khoảng cách làm việc của cảm biến chưa lớn.

Ta thu được mạch thật:

5.2. Hướng phát triển.

✓ Khắc phục được hạn chế về khoảng cách làm việc.

✓ Phát triển để làm các mạch như cảm biến hồng ngoại chống trộm,

cảm biến hồng ngoại biết được số người đi vào cửa, làm cửa mở tự

động…,

✓ Ứng dụng rộng rãi trong robot tránh chướng ngại vật, xe tránh

chướng ngại vật và dò đường,…

✓ Cảm biến hồng ngoại bật tắt đèn, cảm biến hồng ngoại đo nhiệt

độ,,cảm biến hồng ngoại đếm sản phẩm…

✓ Trong quân sự: tên lửa không đối không cự ly gần mà máy bay chiến

đấu sử dụng đều được dùng tia hồng ngoại dẫn đường…

Phần 6: Tài liệu tham khảo.

✓ Nguồn Internet.

✓ Một số slide và giáo trình

Em xin chân thành cảm ơn!