Automatic Night Light
Hệ thống tự động bật tắt đèn khi trời sáng tối sử dụng cảm biến quang có thể tự động bật sáng khi trời tối và tắt đèn khi trời sáng, mà không cần tắc thủ công. Trong bài này tôi sử dụng càm biến quang trở để đóng mở relay điều khiển đóng, tắt bóng đèn hoặc các thiết bị ngoại vi khác. Vì nó sử dụng cảm biến tự động đóng tắt khi trời sáng hoặc tối nên có thể đảm bảo tiết kiệm được điện năng đem lại lợi ích kinh tế cho bản thân và xã hội.
1. Sơ đồ mạch nguyên lý:
Hình 1: Sơ đồ mạch nguyên lý Automatic night light
Nguyên lý hoạt động: Điện thế vào 220 VAC sau khi qua cầu đi-ốt chỉnh lưu thành 220 VDC. Tại đây điện thế DC được lọc nhiễu bởi tụ C2, điện trở R3 hạn dòng cho mạch sau. Tại R4 điện thế tại đây khoảng 40V (cầu chia thế R3,R4) sau khi qua đi-ốt zene ổn áp còn 10VDC, Tại đây tiếp tục sử dụng tụ lọc C3, C4. Sau đó tiếp tục tới biến trở, biến trở dùng để chỉnh độ nhạy của mạch. Khi ban ngày, nội trở của RV1 giảm gần bằng 0, nên chân B Q2 thấp, mạch không hoạt động. Khi trời tối, nội trở của quang trở lớn đáng kể, tại đây điện thế chân B cao, Q2A hoạt động làm cho chân B Q3 cao, Q3 dẫn led trong MOC3021 sáng, MOC3021 hoạt động làm chân G BT136 cao, BT136 dẫn, mạch hoạt động. Trong mạch sử dụng transistor 3904 và 3906, ngoài ra còn có triac BT136 và MOC3021.
Nguyên lý hoạt động Phần nguồn nuôi mạch Automatic night light:
Sau khi dòng điện đi qua tụ điện và điện trở, nó đi đến cầu diode (gồm 4 đi-ốt được mắt như trên sơ đồ nguyên lý) được hình thành bởi 4 điốt chỉnh lưu, chịu trách nhiệm chuyển đổi dòng điện xoay chiều (220VAC) thành dòng điện một chiều (220VDC).
Khi chỉnh lưu dòng điện, điện áp của nó tăng lên, nhân nó với căn bậc 2 là 1.4141. Điều này có nghĩa rằng đối với nguồn điện 220 volt AC, chúng ta sẽ thu được ở đầu ra cầu đi-ốt một điện áp 308 volt, trừ đi 2 vôn cầu đi-ốt tiêu thụ và một số tiêu hao, chúng ta sẽ có khoảng 300 volt. Vì lý do này, các tụ điện lọc nguồn chỉnh lưu phải là 350 volt, nếu không nó sẽ phát nổ khi mạch được cấp điện.
Bây giờ chúng ta có điện áp được chỉnh lưu và với một dòng điện nhỏ, chúng ta nên hạ thấp điện áp xuống còn khoảng 10 volt DC. Đối với điều này, tôi sử dụng một diode zener. Điều quan trọng cần lưu ý là một diode zener không được kết nối mà không có điện trở phân cực tương ứng, nó giới hạn dòng điện sẽ cấp nguồn cho zener, nếu không thì zener sẽ cháy.
Trở kháng của điện trở 39K - 5 watt (R3) mà chúng ta thấy trong bức ảnh là trở kháng phân cực của zener. Công suất của nó khoảng 5W, hạn chế dòng điện đi qua điện trở nên tạo ra một nhiệt độ tương đối cao. Công thức tính toán điện trở này như sau:
RZ = Vt - Vz / Iz
Điện trở phân cực = tổng điện áp trừ đi điện áp zener, chia cho ampe của zener. Chúng ta có: 300VDC - 10 = 290VDC / 0,02 Amp = 14,750 ohms. Nó có thể là một điện trở 15K, nhưng khi thử nghiệm quá nóng, tôi đã chọn để tìm điện trở cao nhất, trước khi điện áp giảm do thiếu dòng điện. Điện trở tối đa là 47K và tối thiểu không có nhiệt dư là 33K.
Điện trở song song để đạt được công suất cần thiết
LƯU Ý: Nếu bạn không có điện trở từ 49K - 5W, hãy nhớ rằng luật ohm cho biết: nếu tôi đặt song song một số điện trở có cùng giá trị, giá trị của nó được chia cho lượng điện trở và công suất của nó được thêm vào. Vì vậy, nếu chúng ta cần một trở kháng 39K - 5W, chúng ta có thể đặt song song 5 điện trở từ 200K đến 1 W, có được một trở kháng 40K - 5W, đó là rất gần đúng với giá trị yêu cầu.
Trong bức ảnh, chúng ta có thể thấy các thành phần khác đi kèm với diode zener.
Trở kháng 10K (R4), giúp zener hỗ trợ tải. Nó đi song song với diode zener.
Các tụ điện 47 uF (C3) và tụ điện gốm 0,1 uF (C4) lọc nhiễu dòng điện một lần nữa, loại bỏ các nhiễu ký sinh có thể xảy ra.
Khi tôi thực hiện thử nghiệm trên bảng mạch không có hai tụ điện này, tôi nhận thấy rằng ánh sáng nhấp nháy nhẹ, đặc biệt là khi sử dụng đèn neon. Vì lý do này, tôi đặt thêm hai tụ lọc và đạt được độ sáng ổn định và không có dao động.
Nguyên lý hoạt động mạch điều khiển Automatic night light:
Bây giờ đến mạch có trách nhiệm tự động bật khi phát hiện bóng tối và tắt khi phát hiện ánh sáng.
Biến trở chúng ta thấy trong bức ảnh (RV1) là một phần của bộ chia điện áp, cùng với bộ phận quang điện. Một điện trở cố định 10 hoặc 15K có thể được đặt, nhưng biến trở lại cho khả năng điều chỉnh độ nhạy của mạch.
Nguyên lý: Khi dòng điện đi qua bộ biến trở và đạt tới điểm giữa giữa bộ biến trở và bộ nhận quang trở. Nếu quảng trở nhận ánh sáng, trở kháng của nó giảm xuống 0 ohm, phân cực âm chân B của bóng bán dẫn. Khi môi trường tối đi, điện trở quang trở tăng, trở kháng của nó lên hơn 100K. Tại thời điểm này, chân B của bóng bán dẫn 2N3904 được phân cực dương.
Điện trở quang (quang trở) hoặc RDL (điện trở phụ thuộc ánh sáng), là một trở kháng biến đổi trở kháng của nó theo lượng ánh sáng hấp thụ trên bề mặt của nó.
Như bạn có thể thấy trong bức ảnh, tôi đã đặt một lớp phủ trên đáy của nó. Điều này để không nhận được ánh sáng bên dưới, bởi vì nếu điều này xảy ra, nó sẽ không hoạt động đúng. Vì tôi không muốn trở kháng dây dẫn mạch in làm ảnh hưởng đến độ chính xác, nên tôi phủ nó bằng băng điện màu đen. Độ chính xác của hoạt động của mạch của tôi phụ thuộc vào vị trí của quang trở.
Hãy quay trở lại với hoạt động của mạch tự động sáng tối của chúng ta. Tại thời điểm mà các quang trở có trở kháng của nó rất cao, chân B của bóng bán dẫn 2N3904 (NPN) được phân cực. Tại thời điểm đó bóng bán dẫn có dòng điện đi qua giữa cực thu và phát, phân cực âm chân B của bóng bán dẫn 2N2907 là cực N của PNP. Điều này có nghĩa là nó hoạt động khi chân B của nó được kích thích với điện áp âm. Khi transistor 2N2907 được điều khiển, điện áp dương từ cực thu tới cực phát và đạt đến bộ chọn lọc.
Lưu ý: Transistor 2N2907 được đặt ở cả hai hướng, đảo ngược cực thu và phát. Và ở cả hai vị trí, mạch hoạt động chính xác.
Các phần tử cách ly quang là một chuyển tiếp trạng thái. Trong trường hợp của linh kiện MOC3021, chân 1 và 2 của nó đi vào bên trong đến một đèn LED, khi được chiếu sáng, kích thích phôtô triac cho phép dòng điện đi qua giữa hai chân 4 và 6 của phần tử cách ly quang. Nó được sử dụng để cô lập các mạch trước đó được cung cấp ở 10 volt và một vài milli ampe, từ phần mà tôi sẽ xử lý điện áp của mạch.
Đây là một trong những lợi thế lớn của việc sử dụng một phần tử cách ly quang, vì nó phục vụ để cô lập một mạch khác, tránh ngắn mạch.
Ngay sau khi các bóng bán dẫn 2N2907, nó sẽ gửi một điện áp đến đèn LED bên trong MOC3021. Khi điện áp đến tại phần tử cách ly quang là 10 volt và đèn LED chỉ có thể được cấp nguồn với 3 vôn, tôi đặt một điện trở 390 ohms nối với đất hoặc âm.
TRIAC là một thiết bị bán dẫn của dòng bóng bán dẫn, nhưng với đặc thù mà nó có thể dẫn theo hai hướng. Nghĩa là, nó có thể dẫn dòng điện xoay chiều, một thứ mà các bóng bán dẫn không thể thực hiện được. Chúng cũng được gọi là rơle trạng thái rắn.
Nó có ba chân: T1, T2 và G.
Ngay sau khi phần tử cách ly quang được điều khiển bởi bóng bán dẫn, nó có dòng đi qua giữa các chân 4 và 6 của nó, và một dòng điện đến cổng Triac. Các Triac dẫn và bóng đèn sáng lên. Tại thời điểm hiện tại không có dòng điện nào được mở ở cổng G của Triac, nó dừng lại và bóng đèn tắt.
Lưu ý: Triac chỉ mở và đóng, do đó nó có thể bật bất kỳ loại bóng đèn nào. Tôi đã thử nghiệm mạch với đèn tiết kiệm năng lượng, có được kết quả tương tự như với bóng đèn sợi đốt.
Khi quang trở nhận ánh sáng một lần nữa, nó làm giảm trở kháng của nó, và chân B của bóng bán dẫn 2N3904 bị phân cực âm. Khi transistor này là NPN, nó không hoạt động và do đó Không có dòng qua chân G của Triac, bóng đèn tắt.
Nếu chúng ta có thể ứng dụng mạch này vào cho báo động hoặc ví dụ để nâng cửa nhà để xe khi bật đèn. Dù sao; thì mạch cảm biến ánh sáng đơn giản này có nhiều ứng dụng từ nhưng hữu ích vào trong cuộc sống.
2. Sơ đồ mạch in
Sau khi vẽ sơ đồ mạch in ta hoạt động rửa mạch và hàn linh kiện.
Hình 2: Thiết kế mạch in trên phần mềm OrCAD 9.2
3. Hàn linh kiện lên mạch
Hình 3: Mặt trước Mạch Automatic night light
Hình 4: Mặt sau mạch Automatic night light
4. Kết Luận
Mạch hoạt động tốt theo yêu cầu thiết kế, mạch hoạt động với nguồn nuôi 220VAC, với độ nhạy cao. Đã ứng dụng vào trong thực tế làm thiết bị cảm biến sáng tối tại nhà. Có khả năng ứng dụng vào thực tế như: đóng mở cửa gara xe, cảm biến sáng tối…
Tài liệu tham khảo
[1] http://www.instructables.com/id/How-to-Make-an-Automatic-Night-Light/
[2] http://genk.vn/huong-dan-che-tao-thiet-bi-bat-tat-den-tu-dong-khi-troi-sang-toi-sieu-don-gian-chi-voi-50000-dong-20170324020841075.chn
[3] https://machdienlythu.vn/den-tu%CC%A3-do%CC%A3ng-sang-khi-troi-toi/
