Thiết kế và thi công mạch báo trộm dùng tia laser

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH BÁO TRỘM DÙNG TIA LASER LỜI MỞ ĐẦU Cuộc sống đang ngày càng hiện đại nên đôi khi con người ta không thể lường trước được những hành động của kẻ xấu. Để giúp cho công sở luôn được đảm bảo an toàn,ngôi nhà luôn được tồn tại sự yên tâm và có được giấc ngủ say…..nhóm đã quyết định nghiên cứu và tìm tòi cách bảo đảm cho sự bình yên đó.và cuối cùng đã đi đến thống nhất chọn” mạch báo trộm bằng tia laser” làm đề tài nghiên cứu và thi công vì những tính năng nổi bật của nó là dễ sử dụng,dễ lắp đặt và giá thành vừa phải.để mọi người ai cũng có thể sử dụng,và yên tâm hơn tiếp tục với công việc của mình. Sau đây là chi tiết của đề tài,chúng ta hãy cùng theo dõi nhé! PHẦN I:GIỚI THIỆU VỀ MỘT VÀI LINH KIỆN ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG MẠCH 1.ĐIỆN TRỞ 1.1 Khái niệm về điện trở.Điện trở là gì ? Ta hiểu một cách đơn giản - Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùng lớn.Điện trở của dây dẫn :Điện trở của dây dẫn phụ thộc vào chất liệu, độ dài và tiết diện của dây. được tính theo công thức sau: R = ρ.L / S Trong đó ρ là điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệuL là chiều dài dây dẫnS là tiết diện dây dẫnR là điện trở đơn vị là Ohm1.2 Điện trở trong thiết bị điện tử.a) Hình dáng và ký hiệu : Trong thiết bị điện tử điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng được làm từ hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỷ lệ pha trộn mà người ta tạo ra được các loại điện trở có trị số khác nhau Hình dạng của điện trở trong thiết bị điện tử. Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý.B) Đơn vị của điện trởĐơn vị điện trở là Ω (Ohm) , KΩ , MΩ1KΩ = 1000 Ω1MΩ = 1000 K Ω = 1000.000 ΩC) Cách ghi trị số của điện trởCác điện trở có kích thước nhỏ được ghi trị số bằng các vạch mầu theo một quy ước chung của thế giới.( xem hình ở trên )Các điện trở có kích thước lớn hơn từ 2W trở lên thường được ghi trị số trực tiếp trên thân. Ví dụ như các điện trở công xuất, điện trở sứ. Trở sứ công xuất lớn , trị số được ghi trực tiếp.1.3 Cách đọc trị số điện trở .Quy ước mầu Quốc tếMầu sắc Giá trị Mầu sắc Giá trịĐen 0Nâu 1Đỏ 2Cam 3Vàng 4Xanh lá 5Xanh lơ 6Tím 7Xám 8Trắng 9Nhũ vàng -1Nhũ bạc -2Điện trở thường được ký hiệu bằng 4 vòng mầu , điện trở chính xác thì ký hiệu bằng 5 vòng mầu.* Cách đọc trị số điện trở 4 vòng mầu : * Cách đọc trị số điện trở 5 vòng mầu : ( điện trở chính xác ) Vòng số 5 là vòng cuối cùng , là vòng ghi sai số, trở 5 vòng mầu thì mầu sai số có nhiều mầu, do đó gây khó khăn cho ta khi xác điịnh đâu là vòng cuối cùng, tuy nhiên vòng cuối luôn có khoảng cách xa hơn một chút.Đối diện vòng cuối là vòng số 1Tương tự cách đọc trị số của trở 4 vòng mầu nhưng ở đây vòng số 4 là bội số của cơ số 10, vòng số 1, số 2, số 3 lần lượt là hàng trăm, hàng chục và hàng đơn vị.Trị số = (vòng 1)(vòng 2)(vòng 3) x 10 ( mũ vòng 4)Có thể tính vòng số 4 là số con số không "0" thêm vàoHiện này các nhà sản xuất cho ra nhiều loại điện trở theo quy địn như : 100 - 300 - 1k - 2k2 - 3k3 - 3k9.... ko phải là mua loại nào là có đâu. các giá trị này là các giá trị chuẩn. 2.TỤ ĐIỆN 2.1 Định nghĩa : Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động2.2 Cấu tạo của tụ điện :Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi.Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ hoá. Cấu tạo tụ gốm Cấu tạo tụ hóa2.3 Hình dáng của tụ điện trong thực tếTụ điện trong thực tế có rất nhiều loại hình dáng khác nhau với nhiều loại kích thước từ to đến nhỏ. tùy vào mỗi loại điện dung và điện áp khác nhau nên có nhưng hình dạng khác nhau! Tụ gốm trong thực tếTụ điện trong mạch điện 3.TRANSITOR Transitor hay còn gọi là bóng dẫn gồm ba lớp bán dẫn ghép với nhau hình thành hai mối tiếp giáp P-N , nếu ghép theo thứ tự PNP ta được Transistor thuận , nếu ghép theo thứ tự NPN ta được Transistor ngược. về phương diện cấu tạo Transistor tương đương với hai Diode đấu ngược chiều nhau. Cấu trúc này được gọi là Bipolar Junction Transitor (BJT) vì dòng điện chạy trong cấu trúc này bao gồm cả hai loại điện tích âm và dương (Bipolar nghĩa là hai cực tính) Ba lớp bán dẫn được nối ra thành ba cực , lớp giữa gọi là cực gốc ký hiệu là B ( Base ), lớp bán dẫn B rất mỏng và có nồng độ tạp chất thấp.Hai lớp bán dẫn bên ngoài được nối ra thành cực phát ( Emitter ) viết tắt là E, và cực thu hay cực góp ( Collector ) viết tắt là C, vùng bán dẫn E và C có cùng loại bán dẫn (loại N hay P ) nhưng có kích thước và nồng độ tạp chất khác nhau nên không hoán vị cho nhau được. Hình ảnh thực tế : 4.DIODE 4.1 :  Khái niệmĐiốt bán dẫn là các linh kiện điện tử thụ động và phi tuyến, cho phép dòng điện đi qua nó theo một chiều mà không theo chiều ngược lại, sử dụng các tính chất của các chất bán dẫn4.2 : Tiếp giáp P - N và Cấu tạo của Diode bán dẫn.Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp giáp P - N ta được một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm : Tại bề mặt tiếp xúc, các điện tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống => tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện => lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữa hai chất bán dẫn. Mối tiếp xúc P - N => Cấu tạo của Diode .* Ở hình trên là mối tiếp xúc P - N và cũng chính là cấu tạo của Diode bán dẫn. Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn. 5. IC 555 + Điện áp đầu vào : 2 - 18V ( Tùy từng loại của 555 : LM555, NE555, NE7555..)+ Dòng điện cung cấp : 6mA - 15mA+ Điện áp logic ở mức cao : 0.5 - 15V+ Điện áp logic ở mức thấp : 0.03 - 0.06V+ Công suất lớn nhất là : 600mW 5.1 Các chức năng của 555: + Là thiết bị tạo xung chính xác + Máy phát xung+ Điều chế được độ rộng xung (PWM) + Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng trong thu phát hồng ngoại) 5.2 Chức năng của từng chân của 555 IC NE555 N gồm có 8 chân.+ Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi là chân chung.+ Chân số 2(TRIGGER): Đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được dùng như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp.Mạch so sánh ở đây dùng các transitor PNP với mức điện áp chuẩn là 2/3Vcc.+ Chân số 3(OUTPUT): Chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic. Trạng thái của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1. 1 ở đây là mức cao nó tương ứng với gần bằng Vcc nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đương với 0V nhưng mà trong thực tế mức 0 này ko được 0V mà nó trong khoảng từ (0.35 ->0.75V) .+ Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái ra. Khi chân số 4 nối masse thì ngõ ra ở mức thấp. Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo mức áp trên chân 2 và 6.Nhưng mà trong mạch để tạo được dao động thường hay nối chân này lên VCC.+ Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối GND. Chân này có thể không nối cũng được nhưng mà để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn được ổn định.+ Chân số 6(THRESHOLD) : là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp khác và cũng được dùng như 1 chân chốt.+ Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịu điều khiển bỡi tầng logic của chân 3 .Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại.ngược lại thì nó mở ra. Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động .+ Chân số 8 (Vcc): Không cần nói cũng bít đó là chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động. Không có chân này coi như IC chết. Nó được cấp điện áp từ 2V -->18V (Tùy từng loại 555 nhé thấp nhất là con NE7555). 6.QUANG TRỞ Thông thường, điện trở của quang trở khoảng 1000 000 ohms. Khi chiếu ánh sáng vào, điện trở này giảm xuống rất thấp. Người ta ứng dụng đặc tính này của quang trở để làm ra các mạch phát hiện sáng/tối. Khi ánh sáng yếu, trở kháng của quang trở cao. Dòng ở cực B của transistor bé, đèn tắt. Tuy nhiên, khi ánh sáng mạnh, dòng chạy qua quang trở đến cực B của transistor thứ nhất cũng như transistor thứ 2 làm đèn sáng. Biến trở bên dưới tạo thành cầu chia áp để chỉnh độ nhạy của quang trở 7.LASER Laser (đọc là la-de) là tên viết tắt của cụm từ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation trong tiếng Anh, và có nghĩa là "khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích". Electron tồn tại ở các mức năng lượng riêng biệt trong một nguyên tử. Các mức năng lượng có thể hiểu là tương ứng với các quỹ đạo riêng biệt của electron xung quanh hạt nhân. Electron ở bên ngoài sẽ có mức năng lượng cao hơn những electron ở phía trong. Khi có sự tác động vật lý hay hóa học từ bên ngoài, các hạt electron này cũng có thể nhảy từ mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao hay ngược lại. Các quá trình này có thể sinh ra hay hấp thụ các tia sáng (photon) theo giả thuyết của Albert Einstein. Bước sóng (do đó màu sắc) của tia sáng phụ thuộc vào sự chênh lệch năng lượng giữa các mức. Có nhiều loại laser khác nhau, có thể ở dạng hỗn hợp khí, ví dụ He-Ne, hay dạng chất lỏng, song có độ bức xạ lớn nhất vẫn là tia laser tạo bởi các thành phần từ trạng thái chất rắn. Cấu tạo cơ bản và cơ chế hoạt động của laser.1) Buồng cộng hưởng (vùng bị kích thích)2) Nguồn nuôi (năng lượng bơm vào vùng bị kích thích)3) gương phản xạ toàn phần4) gương bán mạ5) tia laser Cơ chế : Một ví dụ về cơ chế hoạt động của laser có thể được miêu tả cho laser thạch anh. Dưới sự tác động của hiệu điện thế cao, các electron của thạch anh di chuyển từ mức năng lượng thấp lên mức năng lương cao tạo nên trạng thái đảo nghịch mật độ của electron. Ở mức năng lượng cao, một số electron sẽ rơi ngẫu nhiên xuống mức năng lượng thấp, giải phóng hạt ánh sáng được gọi là photon. Các hạt photon này sẽ toả ra nhiều hướng khác nhau từ một nguyên tử, va phải các nguyên tử khác, kích thích eletron ở các nguyên tử này rơi xuống tiếp, sinh thêm các photon cùng tần số, cùng pha và cùng hướng bay, tạo nên một phản ứng dây chuyền khuyếch đại dòng ánh sáng. Các hạt photon bị phản xạ qua lại nhiều lần trong vật liệu, nhờ các gương để tăng hiệu suất khuếch đại ánh sáng. Một số photon ra ngoài nhờ có gương bán mạ tại một đầu của vật liệu. Tia sáng đi ra chính là tia laser. 8.CHUÔNG ĐIỆN Đây là chuông ngoài của điện thoại. Cách hoạt động rất đơn giản là chỉ cần cấp nguồn 12V DC đến 20V DC thẳng vào chân IC bên trong là chuông sẽ hoạt động. 9.RELAY 5V Relay là linh kiện dùng trong điều khiển, nó sẽ “tác động” (đóng công tắc lại chẳng hạn) ngõ ra khi tín hiệu điều khiển ngõ vào (tín hiệu có thể dạng điện, từ, ánh sáng, nhiệt..) đạt đến ngưỡng nào đó (set point). Nói tóm lại, Relay là công tắc điều khiển gián tiếp (nghĩa là không cần tay con người vặn như công tắc cơ). Rờ-le là loại linh kiện đóng ngắt điện cơ đơn giản. Nó gồm 2 phần chính là nam châm điện và các tiếp điểm.Cấu tạo của rờ-le: Rờ-le có cấu tạo hết sức đơn giản, gồm 4 bộ phận sau đây: -Nam châm điện -Lõi sắt -Lò xo -Các tiếp điểm Trong hình bên trên, bạn thấy rờ-le gồm 2 phần tách rời nhau là phần đế dưới và phần nam châm điện.Khi công tắt đóng (on), nam châm điện có từ trường sẽ hút thanh sắt (màu xanh).Thanh sắt dịch chuyển giữa hai vị trí giống như một công tắt. Khi có lực hút từ trường, thanh sắt ở vị trí hai (thường hở) đèn sáng. Ngược lại, lò xo sẽ kéo thanh sắt lên vị trí 1 (thường đóng) làm hở mạch, đèn tắt Khi mua một rờ-le ở chợ, bạn phải lưu ý các thông số sau: 1. Điện áp và dòng điện cần thiết hoạt động (hút thanh sắt) 2. Điện áp và dòng điện tối đa mà rơ-le có thể chịu đựng 3.Số lượng thanh sắt (đóng ngắt tốt hơn) 4.Số lượng tiếp điểm (trường hợp trong hình là 2 tiếp điểm) 5. Tiếp điểm thường đóng(NC) hay thường hở(NO) Ứng dụng của rờ-le: Nhìn chung, công dụng của rờ-le là "dùng một năng lượng nhỏ để đóng cắt nguồn năng lượng lớn hơn". Ví dụ như bạn có thể dùng dòng điện 5V, 50mA để đóng ngắt dòng điện 120V,2A. Rờ-le được dùng khá thông dụng trong các ứng dụng điều khiển động cơ và chiếu sáng. Nó cũng thường thấy trong động xe hơi, khi chỉ cần nguồn 12V là có thể điều khiển được dòng rất lớn. Ở các thế hệ xe hơi đời sau, nhà sản xuất kết hợp rờ-le với cầu chì chung một vỏ để dễ dàng bảo trì. Khi cần đóng cắt nguồn năng lượng lớn, rờ-le thường được ghép nối tiếp.Nghĩa là một rờ-le nhỏ điều khiển một rờ-le lớn hơn, và rơ-le lớn sẽ điều khiển nguồn công suất. Relay là linh kiện dùng trong điều khiển, nó sẽ “tác động” (đóng công tắc lại chẳng hạn) ngõ ra khi tín hiệu điều khiển ngõ vào (tín hiệu có thể dạng điện, từ, ánh sáng, nhiệt..) đạt đến ngưỡng nào đó (set point). Nói tóm lại, Relay là công tắc điều khiển gián tiếp (nghĩa là không cần tay con người vặn như công tắc cơ). RELAY SPDT 16A 5VDC PC MT - G2R-1-E-DC5 - Relays Digi-Key Part Number Z847-ND Price Break Unit Price Extended Price 1 5.00000 5.00 25 4.50080 112.52 50 4.00080 200.04 100 3.60070 360.07 250 3.40068 850.17 Manufacturer Part Number G2R-1-E-DC5 Description RELAY SPDT 16A 5VDC PC MT Quantity Available 4121 All prices are in US dollars. PHẦN II :SƠ ĐỒ KHỐI,SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 1.SƠ ĐỒ KHỐI Mạch điện gồm 4 phần chính liên hệ với nhau như hình vẽ. IC NE555 như bộ xử lý trung tâm. - Nguồn có chức năng cấp nguồn cho modun laser và loa -Modun laser chiếu vào quang trở và làm cho điện trở tại đó giảm mạnh. -NE555 có thể tạm hiểu là tạo ra nguồn ổn định 5v hoặc tạo xung. -loa có chức năng phát ra âm thanh khi được cấp nguồn. 2. SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG - Mô phỏng bằng orcad 9.2: + header J1 nối với nguồn điện xoay chiều 220v + header J2 nối ra tải (telephone ringer) + header J3 nối với đầu phát laser -Khi có ánh sáng laser chiếu vào quang trở R1 do hiện tượng quang điện làm cho điện trở của R1 giảm mạnh tạo phân cực thuận cho transistor Q1 dẫn thông Sụt áp trên colector Q1 làm cho Q2 ngắt nên ngưng cấp nguồn cho mạch cảnh báo Loa sẽ kô hú - Khi tia laser bị vật cản chắn kô đến được quang trở thì hiện tượng sẽ ngược lạiQ1 ngưng dẫn làm áp bazơ Q2 tăng cao -> Q2 được phân cực thuận dẫn thông cấp nguồn cho IC NE555,ở đây sẽ tạo ra nguồn 5v cung cấp cho Relay,khi Relay có điện thì nó sẽ đóng và lúc này loa sẽ kêu. R1(quang trở) :10k R2: 100k R3,R4,R5,R6,R7: 10k; R7 bientro:100k R laze 470 C3 100uf C1 10uf C2 1mf Nguồn 9V;laze 5v;chuông điện (loa) 12v IC NE555 5v CHƯƠNG III: THI CÔNG ĐỀ TÀI Mạch in không phủ đồng: Mạch in được phủ đồng: PHẦN IV: KẾT LUẬN 1. Kết quả. Sau thời gian thực hiện đồ án môn học, cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy Quang Thuận, chúng em đã hoàn thành đồ án đúng theo quy định. Để thực hiện được yêu cầu của đề tài, chúng em đã không ngừng học hỏi, tìm hiểu những vấn đề về các loại linh kiện điện tử và các vấn đề khác liên quan.Vì thế kiến thức về điện tử; kinh nghiêm thực tế khi làm mạch đã có sự tiến bộ vượt bậc. Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn! 2. Hạn chế. Vì sản phẩm làm ra chỉ nhằm mục đích nghiên cứu nên còn mang tính cơ bản và không được sử dụng rộng rãi ngoài thực tế. 3. Hướng phát triển. Có thể nâng cấp từ sơ đồ nguyên lý hoạt động lên hướng tự động hóa bằng công nghệ cao hơn: báo động qua điện thoại, báo động bằng sóng điện từ. LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đồ án chúng em xin chân thành cảm ơn sự tận tình hướng dẫn của thầy Quang Thuận. Chúng em xin cảm ơn đến 1 số diễn đàn, Webside :DIENDANDIENTU .COM HOIQUANDIENTU.COM; WINKIPEDIA.COM…đã cung cấp tài liệu, kinh nghiệm quý giá để chúng em có thể hoàn thánh tốt Đồ Án này. Do kiến thức còn hạn hẹp nên trong quá trình thực hiện đồ án chúng em không thể tránh khỏi sai sót, mong quý thầy cô trong hội đồng khảo thí và các bạn đóng góp ý kiến để bài hoàn chỉnh hơn. Kính mong nhận được sự giúp đỡ. Chúng em xin chân thành cảm ơn!