Học điện tử trên các đồ vật chung quanh: PIR và một mạch điện ứng dụng

29 Tháng Tám 2015

Dẫn nhập

Có nhiều Bạn trẻ hỏi tôi, học điện tử theo cách nào mới có thể hành nghề được?

Câu hỏi tưởng dễ trả lời, thật ra không dễ. Nếu Bạn để ý Bạn sẽ thấy có rất nhiều rất nhiều Bạn trẻ đã từng theo học các lớp điện tử mà khi vào đời lại làm các nghề khác, điều này nói lên không phải có học qua là làm được đâu. Điện tử là một môn vật lý, nghĩa là học để làm chớ không phải học để hiểu để nói, do đó học môn điện tử phải thường xuyên làm thực hành. Vậy thực hành với cái gì? và cách làm ra sao? Trong bài này tôi sẽ trao đổi với Bạn kinh nghiệm của tôi, cách tự học điện tử để luôn luyện tay nghề.

...Trong mọi hoàn cảnh, tôi đều tự tìm ra cách luyện tay nghề. Cách cơ bản nhất là đi tìm cách vật dụng điện tử hay lạ ly kỳ mang về "giải phẩu" để tìm hiểu cấu trúc mạch điện và nguyên lý vận hành của nó. Công việc thường làm là:

* Tìm cách tháo rời các cơ phận của thiết bị ra, tháo được phải ráp lại được.

* Truy vẽ sơ đồ mạch điện, sau khi có sơ đồ tập trung trí lực lý giải hoạt động của mạch.

* Đo và kiểm tra mạch điện, xem các biến đổi có đúng với điều mình tiên đoán trước hay không.

* Nếu có thể được, làm thay đổi các công dụng của nó, tạo ra các ứng dụng mở rộng.

* Sau cùng là học thuộc và ghi lại, lưu giữ tư liệu vào "kho nhớ". Khi nhìn vào món đồ dùng, chúng ta như thấy thấu "ruột gan" của nó. Như vậy khi vật dụng này có sự cố, chúng ta sẽ có "ngay giải pháp" để sửa chữa nó, dễ như trở bàn tay.

... Trong bài này tôi kể Bạn nghe công việc sáng nay của tôi ở Mỹ, quận Quincy, bang MA, vùng Đông Bắc nước Mỹ.

Ở Mỹ có một dạng cửa hàng chuyên bán các đồ vật mà người khác mang đến cho hay gọi là đồ hiến tặng, donation. Loại cửa hàng này gọi là Goodwill store. Ở đây Bạn có thể tự do nghiên cứu các thứ bày ra trên các kệ, khi thấy thích thì mua về, giá rất rẻ và khi mang về dùng không được Bạn có thể mang lại đổi lấy cái khác. Sáng nay là thứ ba, trong tuần ngày thứ ba, cửa hàng sẽ giảm 25% giá bán, nghĩa là món đồ trị giá 10 đô, Bạn sẽ chỉ trả 7.5 đô thôi. Dưới đây là vài tấm hình tôi chụp lại trên đường đến cửa hàng ở gần nhà tôi.

Hình cho thấy trên đường 3A chạy cặp theo biển Đại Tây Dương, đường rất rộng, xe cộ không đông, nên không có cảnh kẹt xe trên con đường này. Lúc này ngoài trời lạnh gần 0 độ C. Nếu trên đường có gió mạnh, Bạn sẽ còn cảm thấy lạnh tê cóng. Ở vùng Đông Bắc Mỹ lúc này là cuối tháng 3 nên tuyết ở hai bên lề đường đã tan gần hết, đường xá trông sạch sẽ, bầu trời cao, đầy mây, hứa hẹn những trận mưa dầm tỉ tê, buồn tẻ...

Hình này cho thấy cửa hàng Goodwill store nằm bên đường 3A. Ở Mỹ do ngoài trời thường rất lạnh, nên mọi mua bán đều ở bên trong các toà nhà. Bên ngoài Bạn không thấy gì cả, nhưng đẩy cửa bước vào, Bạn sẽ thấy khung cảnh mua bán nhộn nhịp ở bên trong. Lúc tôi chụp bức ảnh này có một cặp vợ chồng già người Mỹ đang đang dìu tay nhau đi chậm chậm vào cửa hàng. Thường nơi đây là chổ gặp nhau của các người lớn tuổi, họ vào đây để tìm tòi các món đồ họ yêu thích, một cuốn sách, một cái tách trà, một lọ hoa, hay một bức tranh, nếu mỏi mệt thì ngồi nghĩ trên các hàng ghế bành cũng bày ra để bán, nhiều người ngồi ngủ luôn cho đến khi cửa hàng đóng cửa mới ra về.

Trong cửa hàng này có rất nhiều tủ kệ, trên đó bày đủ các món đồ hiến tặng, Bạn cứ lấy xem tùy thích, nếu muốn cứ tháo hộp ra xem, cứ lấy một phần hay toàn phần các món đồ có trong hộp cũng được. Ở các cửa hàng Goodwill store chuyên bán các món đồ hiến tặng này, nếu Bạn biết chọn đồ, Bạn sẽ mua được rất nhiều món đồ rất giá trị với giá rẻ như cho. Đó là điều thích thú của nhiều người cả Mỹ - Việt - Hoa - Mễ mỗi khi họ dạo qua các cửa hàng này. Đến Mỹ Bạn không thể không làm quen với loạt cửa hàng khá đặc biệt chuyên bán các món đồ hiến tặng này, chỉ ở đây Bạn mới hiểu trong các gia đình người sinh sống ở Mỹ họ dùng các món đồ gì, trong nhà bếp là gì? Trong phòng khách là gì? Trong phòng ngủ là gì? Họ đọc sách gì? Họ ăn mặc ra sao? Họ đi giày gì?...Ồ! đủ thứ.

... Sáng nay rảo qua các kệ hàng, tôi mua được một bộ bàn phím máy tính không dây, chuột quang không dây và bộ phận kết nối với máy tính qua cổng USB của Logitech (Cordless Desktop LX310 Laser), và một bộ đèn 6V dùng cảm biến PIR và quang trở chỉ với giá 5 đô (còn được bớt 25% nữa). Trong lần này tôi sẽ giới thiệu đến Bạn bộ đèn cảm biến PIR dùng nguồn pin 6V này. Mong Bạn tìm thấy trong bài viết này các thông tin có tính thực tế.

Tìm hiểu một bộ đèn dùng cảm biến PIR, quang trở dùng pin 6V.

Công dụng của bộ đèn này, đèn dùng một bóng đèn tim nhỏ 6V, đặt trong một nắp chụp màu trắng đục để tạo ra dạng ánh sáng trắng đều, dưới đế đèn có một nút chỉnh có 3 vị trí:

1. Ở vị trí OFF, đèn sẽ tắt không sáng.

2. Ở vị trí ON, đèn sẽ phát sáng.

3. Ở vị trí Auto, điều kiện để đèn phát sáng, là đèn phải nằm trong bóng tối và có người hay con vật di chuyển ngang đèn.

Trước hết Bạn hãy xem vài hình ảnh mà tôi đã chụp khi tháo rời bộ đèn này.

Khi tháo chụp đậy ra, chúng ta thấy một bóng đèn gắn trên một tay quay,

Ở bên dưới là bộ cảm biến PIR và một quang trở.

Mạch dùng ic LM 324 để khuếch đại và làm tầng so áp.

Bản mạch in của bộ đèn dùng cảm ứng PIR.

Sơ đồ mạch điện (vẽ lại từ bộ đèn)

Phần giải thích mạch:

Trong bộ cảm biến PIR có hai bộ phận đặt ngang dùng ghi nhận sự biến đổi của các tia sáng hồng ngoại, khi bị kích thích bởi tia hồng ngoại, nó sẽ phát ra tín hiệu điện, tín hiệu này qua một transistor FET và được khuếch đại cho xuất ra tín hiệu trên chân Out. Do trong bộ cảm biến PIR có dùng linh kiện khuếch đại FET nên trong hoạt động, nó phải được cấp nguồn nuôi. Một chân cho nối masse, một chân cho nối vào đường nguồn DC và một chân cho ra tín hiệu.

Tôi vẽ sơ đồ khối để Bạn thấy cấu trúc của mạch điện trên. Sơ đồ khối cho thấy: Người ta dùng một quang trở SCd để dò sáng, qua tầng so áp 1, nó tắt mở hoạt động của tầng so áp 2. Nếu đèn nằm trong vùng sáng, nó sẽ tắt tác dụng của tầng so áp 2 và lúc này cảm biến PIR sẽ không có tác dụng trong việc tự động mở đèn. Chỉ khi quang trở nằm trong vùng tối, lúc đó mạch so áp 2 mới có tác dụng với tín hiệu của cảm biến PIR. Chúng ta biết các tia nhiệt của thân thể người khi đi ngang qua cảm biến PIR sẽ làm xuất hiện tín hiệu, tín hiệu này được cho qua 3 mạch khuếch đại để gia tăng độ nhậy cho mạch. Ở ngả ra của tầng khuếch đại 3, chúng ta sẽ có xung dương cho vào kích thích mạch so áp 2, khi bị kích thích mạch so áp 2 sẽ phát ra xung dương và xung dương này tác động vào mạch điều khiển để cấp dòng làm sáng đèn tim 6V.

Trong mạch, người ta dùng transistor pnp 9015 làm tầng khuếch đại tín hiệu PIR. Tín hiệu nối thẳng vào chân B, ở đây dùng tụ 103 để lọc nhiễu và dùng điện trở 33K để lấy tín hiệu. Transistor 9015 được phân cực với điện trở hồi tiếp 33K lấy áp từ chân C cấp về chân B và điện trở định dòng 1K trên chân E. Tín hiệu vào B và lấy ra trên chân C, qua điện trở giảm biên 1K cho vào chân số 3 của IC LM324. Tín hiệu này sẽ vào tầng khuếch đại có độ lợi lớn để tăng độ nhậy cho mạch cảm biến PIR.

Người ta dùng 2 tầng khuếch đại trong LM324 để tăng độ nhậy của mạch cảm biến PIR. Tín hiệu cho vào chân số 3, chân không đảo, sau khi được khuếch đại sẽ cho tín hiệu ra trên chân số 1. Từ chân số 1 người ta lấy tín hiệu hồi tiếp nghịch trả về chân 2, chân đảo. Mạch định hệ số hồi tiếp nghịch tính theo điện trở 2.2M và 470 ohm, qua trị của 2 điện trở này, chúng ta biết độ lợi của tầng khuếch đại này lấy rất lớn. Ở đây dùng tụ 104 tạo tác dụng hồi tiếp nghịch mạnh ở vùng tần số cao để tránh ảnh hưởng của nhiễu tần cao. Tụ 47uF có công dụng bảo toàn mức áp phân cực DC trên chân 2.

Tín hiệu ra trên chân số 1, phần pha dương qua diode 4148 đưa thẳng vào chân số 5 để được khuếch đại, trên chân số 5 đặt mạch lọc với điện trở 680K và tụ 47uF. Một phần tín hiệu qua điện trở 100K đưa vào chân số 6 (ngả vào đảo) dùng để ổn định tầng khuếch đại. Tín hiệu có pha dương cho xuất ra trên chân số 7 sẽ cho qua điện trở 10K và diode 4148 để vào tầng so áp 2.

Người ta dùng một tầng khuếch đại trong LM324 làm tầng so áp. Tín hiệu pha dương cho vào chân 12 (ngả vào không đảo) khi chân số 13 (ngả vào đảo) ở mức áp thấp, nếu lúc này tín hiệu vào trên chân số 12 có mức áp cao hơn mức áp trên chân số 13 thì ngả ra trên chân 14 sẽ bậc lên mức áp cao. Mức áp cao trên chân 14 sẽ được duy trì do tác dụng của mạch hồi tiếp tạo tác dụng trể với tụ 22uF và điện trở 150K, tụ 22uF sẽ nạp, dòng qua điện trở 150K và sẽ giữ cho mức áp trên chân số 12 vẫn ở mức áp cao dù lúc này xung dương kích thích mạch đã mất. Như vậy thời gian trể sẽ lấy theo trị của tụ 22uF và điện trở 150K. Chúng ta biết mức áp cao trên chân số 14 sẽ cho cấp dòng mở đèn tim 6V.

Dùng hình động để phân tích hoạt động của mạch điện so áp 2.

Hình này gồm có 4 phần:

Phần 1: Khi S1 ở mức thấp, lúc này chưa có xung biên cao xuất hiện trên chân số 12, nên mức áp ra trên chân 14 vẫn ở mức áp thấp, Q2 ngưng dẫn, Q3 cũng ngưng dẫn nên bóng đèn tắt.

Phần 2: Khi S1 vẫn ở mức áp thấp, xuất hiện xung biên cao trên chân số 12, lúc này trên ngả ra trên chân số 14 chuyển lên mức volt cao, khiến cho Q2 dẫn và Q3 dẫn mạnh hơn và bóng đèn được cấp dòng và phát sáng.

Phần 3: Lúc này S1 vẫn ở mức áp thấp, và trên chân số 12 đã mất xung biên cao, nhưng do có hồi tiếp trigger có tác dụng làm trể với C7 và điện trở R18 và diode cách ly D2, nên mức áp trên chân số 12 vẫn được giữ ở mức áp cao, và như vậy đèn vẫn sáng.

Phần 4: Khi S1 chuyển lên mức áp cao, lúc này chân số 13 sẽ bị đặt ở mức áp cao, điều này làm cho ngả ra trên chân số 14 phải chuyển xuống mức volt thấp và làm tắt đèn.

Mạch cấp dòng cho đèn tim 6V với mức áp cao trên chân B của transistor npn 9014. Mạch điện cho thấy, khi mức áp ra trên chân số 14 lên mức cao, qua điện trở 10K chân B của transistor 9014 được cấp dòng phân cực, 9014 sẽ dẫn điện, dòng điện chảy ra trên chân C của 9014 sẽ cấp dòng I_B cho transistor công suất pnp 8550, transistor 8550 sẽ cấp dòng để đèn tim gắn trên chân C phát sáng. Trong mạch: 10K là điện trở hạn dòng chân B của 9014. 560 ohm là điện trở hạn dòng chân B của 8550 và điện trở 10K có tác dụng làm tăng hệ số ổn định nhiệt cho 8550. Khi chân 14 ở mức áp thấp, transistor 9014 và 8550 sẽ ngưng dẫn và bóng đèn tim 6V sẽ tắt.

Bạn tham khảo thêm bài viết sau đây cũng liên quan đến cảm biến PIR:

Bạn click chuột vào dòng này để xem bài viết có liên quan đến cảm biến PIR

Giây phút thư giãn.... Bạn hãy cùng tôi đi dạo một vòng thành phố Quincy. Quincy nằm ở phía nam của Boston. Boston là thủ phủ của bang Massachussets. Boston là vùng đất kinh kỳ của Mỹ, nơi đây có học viện MIT, trường đại học Harvard và rất nhiều thư viện, viện bảo tàng nổi tiếng khắp toàn cầu.