TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN

BÁO CÁO ĐỒ ÁN 1
Đề tài
 Mạch điều khiển kỹ thuật chiếu sáng tự động
tiết kiệm năng lượng
Giảng viên hướng dẫn:

Ts. Đặng Chí Dũng

Sinh viên thực hiện:

MSSV:

Nguyễn Xuân Thắng

20181266

Mục lục

1


LỜI MỞ ĐẦU.......................................................................................................3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠCH CHIẾU SÁNG TỰ ĐỘNG.................4
1.1

Mạch chiếu sáng tự đô ̣ng và ứng dụng.....................................................4

1.2

Thế nào là mô ̣t mạch chiếu sáng tự đô ̣ng:................................................5

1.2.1

Ứng dụng của mạch chiếu sáng tự đô ̣ng............................................6

1.2.2

Ưu nhược điểm của mạch chiếu sáng tự động...................................8

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH CHIẾU SÁNG TỰ ĐỘNG.............................9
2.1

Mạch chiếu sáng khi trời tối.....................................................................9

2.1.1

Sơ đồ thiết kế...................................................................................10

2.1.2

Sơ đồ nguyên lý...............................................................................11

2.1.3

Nguyên lý hoạt động của mạch:......................................................14

2.1.4


Tính tốn các thơng số của mạch.....................................................14

2.1.5

Mơ phỏng mạch……………………………………………………16

2.2 Mạch chiếu sáng tự động khi có người ………………………………….16
2.2.1 Sơ đồ thiết kế……………………………………………………......17
2.2.2 Sơ đồ nguyên lí………………………………………………………18
2.2.3 Nguyên lí của mạch…………………………………………………..19
2.2.4 Tính tốn các thơng số của mạch……………………………………..20
2.2.5 Mơ phỏng mạch………………………………………………………20
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................21
TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................22

2


LỜI MỞ ĐẦU
Xã hội ngày càng phát triển hơn, hiện đại hơn, con người đòi hỏi những nhu
cầu đáp ứng sự tiện nghi, thoải mái trong công việc và đời sống xã hội. Việc ứng
dụng các công nghệ điều khiển tự động trên hầu hết các lĩnh vực trong cuộc sống
nhằm đáp ứng các nhu cầu cần thiết của con người. Đó là một tiêu chuẩn đánh giá
sự phát triển của từng vùng miền, từng khu vực, trong quá trình hiện đại hóa của
đất nước, bên cạnh đó giảm được sự tác động trực tiếp của con người, tiết kiệm
thời gian, năng lượng, cơng sức và tiền bạc.
Qua q trình hướng dẫn và giúp đỡ của thầy giáo “T.S Đặng Chí Dũng” đã
giúp em tìm hiểu và hồn thành việc “Thiết kế và chế tạo mạch chiếu sáng tự
động” phục vụ nhu cầu chiếu sáng của con người, tiết kiệm điện năng, sử dụng
được rộng rãi trong các căn nhà. Trong q trình làm việc có những sai sót, rất

mong nhận được những góp ý của các thầy giáo và cô giáo.

3


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠCH CHIẾU SÁNG TỰ ĐỘNG
1.1

Mạch chiếu sáng tự đô ̣ng và ứng dụng
Với vài trò chiếu sáng không thể thiếu giúp con người có thể di chuyển, hoạt

đô ̣ng làm viê ̣c thì viê ̣c sử dụng ánh sáng là cần thiết. Tuy nhiên viê ̣c sử dụng ánh
sáng sao cho hiê ̣u quả với từng hoạt đô ̣ng, từng thời điểm là không dễ dàng. Vào
ban ngày ánh sáng nhâ ̣n được từ bức xạ mă ̣t trời cung cấp tự nhiên được sự dụng
không hạn chế. Tuy nhiên khi thời điểm trong ngày kết thúc, thì nhu cầu ánh sáng
vẫn phải đảm bảo phục vụ cho các hoạt động của con người. Con người đã tạo ra
ánh sáng nhân tạo từ các bóng đèn chiếu sáng dựa trên các nguồn năng lượng
khác, chủ yếu là điện năng. Điện năng sử dụng cho hệ thống chiếu sáng ảnh hưởng
tới nhu cầu sử dụng điện lên ngành điện lực, làm tăng chi phí kinh thế phải chi trả.
Bài toán tiết kiệm năng lượng đang được con người chú trọng và quan tâm, vì vậy
ta cần sử dụng điện năng hiệu quả tối đa, tránh lãng phí.
Với dân số Việt Nam đang tăng lên và sự phát triển của xã hội thì nhu cầu sử
dụng điện năng không ngừng tăng cao.
Bảng 1-1: Nhu cầu sử dụng điện năng ở các lĩnh vực

4


Ở Việt Nam, mức điện năng tiêu thụ đang ở mức báo động, nguyên nhân là
do công nghệ tổ chức sản xuất lạc hậu và sử dụng điện năng lãng phí khơng đúng

mục đích.
Theo số liệu thống kê của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), lượng điện
tiêu thụ của hệ thống chiếu sáng trên toàn quốc chiếm khoảng 25(%) tổng lượng
điện tiêu thụ. Có nghĩa là lượng điện năng cấp cho hệ thống chiếu sáng chiếm tỷ
trọng lớn trong tổng lượng điện tiêu thụ. Tiết kiệm điện năng trong hệ thống chiếu
sáng, trong hệ thống điê ̣n, là một yêu cầu cấp bách được đặt ra cần phải được thực
hiện. Nếu tiết kiệm triệt để trong hệ thống chiếu sáng sẽ giúp tiết kiệm năng lượng
đến 40 (%). Hiện nay có ba giải pháp tiết kiệm điện năng được áp dụng cho lĩnh
vực chiếu sáng:
 Sử dụng tối đa nguồn ánh sáng tự nhiên
 Thay thế các bóng đèn sợ đốt bằng các bóng đèn chiếu sáng tiết kiệm điện
 Thiết kế hệ thống chiếu sáng phù hợp với khơng gian và tính chất mục đích
sử dụng
1.2 Thế nào là mô ̣t mạch chiếu sáng tự đô ̣ng:
Mạch chiếu sáng tự động là mạch điê ̣n gồm các phần tử liên kết lại với nhau
có nhiê ̣m vụ cung cấp hoă ̣c ngắt dòng điê ̣n đến thiết bị chiếu sáng. Quá trình cung
cấp hoă ̣c ngắt dòng này được thực hiê ̣n mô ̣t cách tự đô ̣ng và được quyết định vào
các đại lượng tín hiê ̣u mà người chế tạo đã cài đă ̣t ban đầu. Ngồi ra cịn có một số
mạch có khả năng tự điều chỉnh cường độ sáng, màu sắc, vv… sao cho phù hợp
với không gian và yêu cầu sử dụng.
Các tín hiê ̣u thường được dùng để điều khiển:
 Cường đô ̣ sáng: ánh sáng tại mỗi thời điểm trong ngày là khác nhau. Sự thay
đổi đó đặc trưng bởi cường độ sáng và được nhâ ̣n biết bằng các quang trở,
điê ̣n trở của quang trở sẽ thay đổi khi ánh sáng thay đổi.

5


 Thời gian chiếu sáng: viê ̣c chiếu sáng được thực hiên nhờ các mạch hẹn giờ,
thông qua bộ đếm dao động để điều chỉnh q trình đóng ngắt mạch.

 Các chuyển đô ̣ng: được xác định bằng các cảm biến hồng ngoại, khi con
người chuyển đô ̣ng hướng vuông góc với các trùm tia chiếu, thân nhiê ̣t
người phát ra các bức xạ hồng ngoại và kích hoạt vào mắt cảm biết, dựa vào
sự thay đổi đó để bộ điều khiển có thể đóng ngắt mạch điê ̣n.
Ngồi ra các tín hiệu từ cảm biến siêu âm được sử dụng để phát hiện âm
thanh của con người, làm tín hiệu điều khiển cho việc đóng ngắt mạch.
1.2.1 Ứng dụng của mạch chiếu sáng tự đô ̣ng
Mạch chiếu sáng tự đô ̣ng được sử dụng rỗng rãi trong đời sống tại mỗi hộ gia
đình, trong sản xuất và kinh doanh tại các nhà máy, xí nghiêp, hê ̣ thớng chiếu sáng
ở đường phố, công viên khu vực công cộng v.v…
a) Chiếu sáng tự động ở đường phố, công viên, khu công cộng
Ánh sáng giúp con người quan sát các phương tiê ̣n khác cùng di chuyển, nhâ ̣n
biết các tín hiê ̣u giao thông để điều khiển phương tiê ̣n an toàn với người và
phương tiê ̣n, tránh những va chạm, tai nạn xảy ra. Các loại mạch chiếu sáng tự
động được sử dụng và được lắp đă ̣t chiếu sáng khi trời về tối, thời gian chiếu sáng
được điều chỉnh theo thời gian chiếu sáng của mă ̣t trời trong ngày và các ngày
trong mô ̣t mùa.

6


Hình 1.1 Mơ hình mạch chiếu sáng cho hệ thống đèn chiếu đường
b) Phục vụ các hoạt động sinh hoạt trong hộ gia đình:
Mạch chiếu sáng tự động có thể sử dụng cảm biến quang hay cảm biến
chuyển động. Các cảm biến có thể nhận biết sự thay đổi cường độ sáng và sự xuất
hiện của con người. Khi có các tín hiê ̣u nhâ ̣n được thì lâ ̣p tức các mạch chiếu sáng
hoạt đô ̣ng, như vâ ̣y con người sẽ có được sự chiếu sáng khi cần thiết. Các khu vực
cần được lắp đặt trong căn nhà như: tại cửa ra vào, hành lang đi lại, vị trí cầu
thang, bố trí tại hầm để xe, khu vực vệ sinh, hay những nơi mà ánh sáng ban ngày
không thể chiếu sáng tới đó.

Hiện nay tại cơng ty Bkav Smart Home đã sản xuất thành công một số thiết bị
chiếu sáng tự động và được sử dụng tại các khu vực khác nhau trong những căn
nhà tiện nghi.

7


Hình 1-2: Thiết bị bật tắt đèn tự động gắn trần, gắn tường
c) Ứng dụng trong hệ thống bảo vệ, tránh kẻ gian đột nhập vào ban đêm.
Thiết bị cảm biến được lắp đặt xung quanh ngôi nhà, khi kẻ gian đột nhập và
di chuyển ngang qua vùng cảm biến nhận biết, đèn được bật sáng khiến kẻ gian
giật mình, đồng thời báo hiệu cho người chủ của ngôi nhà biết được mối nguy
hiểm và có phương án dự phịng.
d) Ứng dụng mạch chiếu sáng tự động trong việc điều khiển tín hiệu đèn giao
thơng
Tại các ngã rẽ, khuc vực giao nhau giữa các tuyến đường, tránh hiện tượng va
chạm, người ta dùng các đèn giao thông để chỉ thị khoảng thời gian cho phép
người điều khiển phương tiện đi tiếp, khoảng thời gian dừng phương tiện lại. Các
khoảng thời gian tương ứng vào khoảng thời gian đèn sáng và được thay đổi luân
phiên, qua đó người tham gia giao thơng có thể nhận biết và thực hiện đúng các
chỉ dẫn giao thơng.

Hình 1-3: Đèn điều khiển tín hiệu giao thông
1.2.2 Ưu nhược điểm của mạch chiếu sáng tự động
a) Ưu điểm:

8


Giải phóng hoạt động của con người: cơng việc bật tắt đèn được diễn ra một

cách tự động, không phải cần sự tác động trực tiếp từ con người, ta cũng khơng
cịn phải suy nghĩ rằng mình đã qn tắt đèn hay chưa.
Tạo cảm giác thoải mái, tiện nghi: con người khơng phải nhớ rõ vị trí cơng
tắc đèn nữa, nhất là đối với những người tuổi cao hay những vị khách đến chơi nhà
khơng phải khó khăn để bật được đèn sáng, mọi thứ trở nên đơn giản, dễ dàng hơn
Nâng cao tính an tồn cho tài sản và cuộc sống: chiếu sáng báo hiệu khi có kẻ
gian đột nhập
Tiết kiệm điện năng và tiền bạc: khi hệ thống chiếu sáng được sử dụng vào
đúng thời điểm, đúng nhu cầu sử dụng thì việc tiết kiệm điện năng được cải thiện
rõ rệt, giảm chi phí kinh tế cho nhu cầu sử dụng điện của mỗi gia đình.
Dễ dàng lắp đặt và sử dụng: thiết bị không quá phức tạp, hầu hết mọi người
đều có thể sử dụng.Với giải pháp lắp đặt hệ thống chiếu sáng tự động, chúng ta có
thể áp dụng trên phạm vi từ các hộ gia đình đến phạm vi tồn bộ nhu cầu chiếu
sáng của các nhà máy, xí nghiêp, trường học và tồn thể quốc gia.
b) Nhược điểm
Chưa thống nhất một quy chuẩn trên thị trường: Ngày càng có nhiều cơng nghệ
do các nhà cung cấp đưa ra, vì vậy để ứng dụng rộng rãi và hiệu quả thì việc các
cơng ty gia nhập các hiệp hội tiêu chuẩn là rất cần thiết.
Nhận xét: Qua những hiệu quả và những ý nghĩa to lớn mà mạch chiếu sáng tự
động mang lại cho con người và xã hội. Em thấy việc tìm hiểu và nghiên cứu mạch
chiếu sáng tự động là cần thiết, góp phần nhỏ trong công cuộc ứng dụng công nghệ
vào đời sống xã hội, đưa mức tiện nghi lên cao, tiết kiệm nguồn năng lượng điện
cho quốc gia.

9


CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ MẠCH CHIẾU SÁNG TỰ ĐỘNG

2.1 Mạch chiếu sáng khi trời tối

Yêu cầu đặt ra: mạch làm việc khi cường đồ sáng trong phịng giảm, khơng
đủ đáp ứng ánh sáng cho người làm việc hoặc làm việc khi trời tối đèn đường tự
động phát sáng.
2.1.1 Sơ đồ thiết kế

Khối điều chỉnh

Nguồn

Khối đầu vào

Hình 3-1: Sơ đồ các khối chức năng

Nguồn: là một bộ chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) sang dòng một chiều
(DC) để giúp điều chỉnh đầu vào AC thành đầu ra DC cung cấp điện áp cần thiết
cho các linh kiện điện tử .

10


Yêu cầu đặt ra: mạch tự động chiếu sáng khi có người xuất hiện, và tự động
ngắt khi người rời khỏi khu vực sau một khoảng thời gian.
2.2.1 Sơ đồ thiết kế

Nguồn

Khối đầu vào

Khối chấp hành


Hình 2-7: Sơ đồ các khối chức năng
2.2.2 Sơ đồ nguyên lý

Hình 2-6: Nguyên lý mạch chiếu sáng dùng bộ cảm biến PIR
a) Nguồn
Từ nguồn xoay chiều đồi thành một chiều thông qua diode cầu nhưng biên độ
không được ổn định. Để ổn định nguồn ta dung IC ổn định nguồn 7809. Các tụ có
điện dung lớn xuống mass có tác dụng giữ mức điện áp được ổn định hơn.
b) Khối đầu vào :

11


+ Modul cảm biến chuyển động HC-SR501 được thiết kế trên thị trường với các
thơng số kỹ thuật sau:

Hình 2-7: Cảm biến chuyển động HC-SR501

Thông Số Kỹ Thuật.
Sử dụng điện áp: 4.5-20 (V)
Đầu ra: 0-3.3 (V)
Có ba chân được nối ra bên ngồi: chân (Vcc) chân (OUT) và chân (GND)
Kích thước PCB: 32mmx24mm
Góc quét <100 độ.
Sử dụng cảm biến: 500 (BP)
Khoảng các phát hiện: 2-4.5 (m) 
Tính năng của thiết bị: Tự động cảm ứng khi có người vào phạm vi cảm
ứng, chân OUT cho điện: 1.5-3.3 (V), khi khơng có người điện áp là 0 (V).
c) Khối chấp hành :
Nhận tín hiệu từ khối xử lý và thực hiện công việc điều khiển đóng cắt mạch,

gồm các linh kiện sau:
+ Rơle 9V: thực hiện cơng việc đóng mạch điện xoay chiều khi có dịng một
chiều đi qua cuộn dây, và ngắt mạch khi khơng có dịng đi qua cuộn dây.

12


Hình 2-2: Hình ảnh của rơle
+ transistor C1815: điều khiển và dẫn dòng đi qua khi điện áp cấp ở chân B ở
mức cao, và khơng có dịng đi qua khi điện áp ở chân B ở mức thấp.
Tra thông số của transistor:

Hình 3-5 : Vị trí chân của transistor C1815
Transistor C1815 là transistor thuộc loại transistor NPN
C1815 có Vcmax = 50(V) dòng Icmax = 150 (mA)
Hệ số khuếch đại hFE của C1815 trong khoảng 25 đến 100
Thứ tự các chân từ trái qua phải: E C B
Với Ic=100 (mA), Ib=1 (mA), thì hiệu điện thế Ucemax 0,25 (V) và hiệu điện
thế Ubemax là 1(V).
+ Điện trở R1: giảm dòng đi vào cực B transistor, để transistor không bị cháy.

13


+ Diode D1: bảo vể dòng ngược sinh ra từ cuộn dây của rơle sinh ra làm hỏng
transistor.
2.2.3 Nguyên lý hoạt động của mạch
Sau khi được cấp nguồn 9V DC, Modul cảm biến sẽ phát ra 1 vùng cảm biến theo
hình nón về phía trước để dị hồng ngoại.
Khi có người tác động trong vùng cảm biến, lúc này modul cảm biến nhận biết

được tia hồng ngoại phát ra từ con người, qua đó điện áp ra tại chân (Out) ở mức
cao, transistor được dẫn, xuất hiện dòng ic qua cuộn dây của rơle, lõi thép của rơle
trở thành một nam châm điện đóng hút cặp tiếp điểm thường mở, do đó bóng đèn
phát sáng.
Khi con người rời khỏi vùng cảm biến, điện áp xuất ra tại chân (OUT) của modul
cảm biến ở mức thấp, transistor khóa lại, khơng có dòng qua cuộn dây của rơle,
tiếp điểm thường mở sẽ mở ra đóng, bóng đèn tắt dần. ( Có thể điều chỉnh phạm vi
cảm biến và thời gian tắt sáng của đèn sau khi con người rời khỏi vùng cảm bằng
cách xoay 2 con chiết áp trên module cảm biến pir ).
2.2.4 Tính tốn các thơng số của mạch
Rơle được mắc trên chân C của transistor, để rơle có thể đóng cắt cần cung
cấp dịng đi qua cuộn dây 30(mA) ta có thể chọn dịng ic qua rơ le, dịng ic= 0.03
(A)
Theo cơng thức ta có:

ic    ib

Giả sử điện áp ra tại đầu ra có điện áp 9 (V), transistor làm việc hệ số khuếch
đại βmax = 100, Ube=0,7 (V). Ta tính được dịng được dẫn qua cực B là:

ib 

ic 0, 03

 0, 0003 (A)
 100

Với Ube = 0,7 V ; Ue =0 (V) nên ta có Ub = 0,7 (V)

14



Theo định luật ôm, giá trị điện trở R3 cần mắc vào cực B của transistor là:

Ta có thể lựa chọn giá trị R1 < 37,666 (Ω) để transistor có thể làm việc trong
khoảng không vượt quá hệ số khuếch đại cho phép mà transistor C1815 có thể đáp
ứng.
Sử dụng điện trở R1 = 10 (kΩ)
2.2.5 Mơ phỏng(Trình bày trong buổi báo cáo)

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Thơng qua q trình tìm hiểu đã chế tạo thành cơng mạch chiếu sáng tự động
“ Mạch chiếu sáng tự động khi trời tối” . Quá trình tìm hiểu giúp cho sinh viên
15


nắm bắt được các kiến thức cơ bản về các linh kiện điện tử, thường được sử dụng
hiện nay, biết được cách chế tạo các mạch điện tử đơn giản nhất, tạo cơ sở tiền đề
cho việc nghiên cứu và phát triển các ứng dụng công nghệ ở mức cao hơn, áp dụng
được vào thực tiễn trong đời sống xã hội.
Hiệu quả trong việc tiết kiệm năng lượng điện, giảm chi phí kinh tế cho các
hộ gia đình, cho quốc gia. Đồng thời những tiện ích mà sản phẩm mang lại cho con
người là lý do để đưa sản phẩm sử dụng rộng rãi, gần với người sử dụng .
Chi phí chế tạo sản phẩm là nhỏ, giảm gánh nặng đầu tư chi phí ban đầu, tạo
điều kiện thuận lợi cho quá trình chế tạo .

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Giáo trình mạch điện tử tương tự và số ,TS Nguyễn Hồng Mai.

[2] Giáo trình điện tử ,TS.Lê Hồng Minh.
[3] Tài liệu nguồn từ các trang mạng ,group và youtube.

16


17