ĐẶT VẤN ĐỀ 1. Ý tưởng thực hiện : - Tình trạng giao thông ngày nay vô cùng phức tạp và nguy hiểm đến mức con người chúng ta không thể lường trước được, các phương tiện hỗ trợ ứng phó khẩn cấp đóng vai trò quan trọng cho việc đảm bảo an toàn giao thông, việc gắn các thiết bị báo động là điều không thể thiếu trong những trường hợp khẩn cấp khi lưu thông trên đường.1: Xe cảnh sát sử dụng tín hiệu báo động trong lúc khẩn cấp - Nhu cầu đi lại bằng các phương tiện ngày càng tăng cao, vì thế không thể nào tránh khỏi những tình trạng xảy ra tai nạn giao thông đầy thương tâm. Đặc biệt trong những tình trạng khẩn cấp khi phương tiện lưu thông muốn vượt mặt, chạy qua những phương tiện phía trước mà không có tín hiệu báo động thì khả năng va chạm, tai nạn rất cao. - Bởi vì thế ta thường thấy ở những phương tiện phục vụ công cộng như xe cảnh sát, cứu hỏa, cứu thương,.trong những tình trạng khẩn cấp lưu thông trên đường bộ , đây là những trường hợp mà người điều khiển các loại xe này họ phải cần một tốc độ nhanh nhất có thể để ứng phó với những tình huống cấp bách, nên việc sử dụng tín hiệu báo động như đèn nháy và loa còi là hết sức cần thiết cho các phương tiện ưu tiên này.
Khái niệm chung - Khi xe cảnh sát lưu thông trên đường thường mục đích phục vụ cho những việc cấp bách rất nóng ở xã hội đặc biệt là liên quan đến vấn đề pháp luật. Tín hiệu báo động phát ra tín hiệu, âm thanh thu hút sự chú ý của người điều khiển phương tiện, các tài xế khác, thông báo sự hiện diện của xe cảnh sát và xin được nhường đường trong công tác tuần tra, áp giải,. - Mạch tín hiệu đèn còi xe cảnh sát có cảm biến dò xe phía trước là một hệ thống điện tử phát ra âm thanh, đèn nháy dễ nhận dạng để cảnh báo muốn có độ chính xác và bền bỉ hay không thì còn phải phụ thuộc vào những linh kiện cấu tạo nên mạch như: IC, cảm biến, diode, tụ điện, tụ hóa, biến trở, loa,. điều chỉnh một cách hợp lý để tạo ra khuếch đại âm thanh.
Ý tưởng xây dựng mô hình - Mô hình sẽ được dựng trên mạch, dựa vào những con linh kiện của điện tử, được thiết kế để mô phỏng hệ thống tín hiệu báo động của một chiếc xe cảnh sát nhằm tạo ra sự cấp báo trong tình trạng khẩn cấp tạo sự an toàn khi lưu thông đường bộ. - Khi cấp khối nguồn 9V vào mạch thì cảm biến sẽ hoạt động và làm cho led nhấp nháy và tạo ra âm thanh báo động của xe cảnh sát trên loa. Nguyên lý hoạt động - Khi cấp nguồn điện 9V vào mạch đèn còi xe cảnh sát, cảm biến PIR SR-501 hoạt động và gửi tín hiệu vào mạch điều khiển. Tần số điều khiển bởi chân số 5 của IC.
Đầu tiên là ở con IC555 thứ nhất được làm việc xung quanh tần số 1Hz và tụ hóa 10uF được nạp, sau khi nạp là xả điện liên tục. Quá trình đó cứ liên tục diễn ra như vậy. Led nhấp nháy do được kết nối với Resitor ( Điện trở) đồng thời kết nối với chân OUT của IC555 thứ nhất kết nối với cực dương của led. ( Khi chân này phát ra xung điện, dòng điện sẽ chạy qua đèn led, khiến nó sáng lên.
Khi xung điện dừng lại, dòng điện ngừng chảy và đèn LED tắt, quá trình này được lặp lại liên tục tạo ra hiệu ứng đèn led nhấp nháy). Tần số loa cũng vậy được điều chế bởi IC555 thứ 2, tín hiệu dao động từ IC 555 thứ hai sẽ bắt đầu tích tụ điện tích trên tụ hóa 47uF. Khi điện áp trên tụ đạt đến ngưỡng 2/3 điện áp nguồn, IC 555 sẽ kích hoạt và phát ra tín hiệu ra chân 3 => Tín hiệu này sẽ kích hoạt loa, tạo ra tiếng còi hú xe cảnh sát. Biến trở VR được dùng để điều chỉnh tần số led nháy nhanh hoặc chậm tùy theo mức độ và điều chỉnh tần số đầu ra cho loa.
Tần số điều chỉnh VR càng lớn thì led nháy với tín hiệu nhanh và loa phát ra âm thanh càng nhanh. CHƯƠNG 2 : MẠCH BÁO ĐÈN NHÁY VÀ ÂM THANH BÁO ĐỘNG XE CẢNH SÁT CÓ CẢM BIẾN 2. Báo động cảnh sát nhằm mục đích gì ? - Báo động xe cảnh sát là một hệ thống tín hiệu âm thanh và hình ảnh được thiết kế để cảnh báo những người lái xe khác và người đi bộ về sự hiện diện của một chiếc xe cảnh sát đang phản ứng khẩn cấp. - Cho phép xe cảnh sát di chuyển nhanh chóng và an toàn trong giao thông.
- Cảnh báo người lái xe khác và người đi bộ nhường đường. - Cảnh báo tội phạm và nghi phạm bỏ trốn. - Tăng khả năng hiển thị của xe cảnh sát trong điều kiện thời tiết xấu hoặc ban đêm .Nếu không có còi báo động, xe cảnh sát sẽ khó thu hút sự chú ý và thông đường khi cần xử lý tình huống khẩn cấp. Điều này có thể dẫn đến chậm trễ trong việc cứu hộ và đáp ứng hiệu quả.
Tăng nguy cơ tai nạn: Không có còi báo động, người lái xe khác có thể khó nhận biết xe cảnh sát, dẫn đến các vụ va chạm. * Đặc biệt, khó giao tiếp với công chúng: Khi xe cảnh sát cần giao tiếp với người đi bộ hoặc xe khác, không có còi báo động sẽ gây khó khăn trong việc thu hút sự chú ý và truyền tải thông điệp một cách hiệu quả. Vì vậy em xin thiết kế đề tài mạch báo động cho xe cảnh sát sử dụng IC555 có sử dụng cảm biến thân nhiệt chuyển động để cung cấp tín hiệu, cải thiện an toàn cho người lái xe, đồng thời nâng cao hiệu quả làm việc trong tình trạng khẩn cấp của lực lượng chức năng. - Với khả năng kết hợp lý tưởng của tính đa năng, độ chính xác, tiêu thụ điện năng thấp, khả năng tích hợp dễ dàng, chi phí thấp và khả năng cấu hình linh hoạt.
Với những đặc điểm này làm cho IC555 trở thành một lựa chọn phù hợp nhất để tạo ra mạch báo động cảnh sát đáng tin cậy và tùy chỉnh. Sơ đồ khối: KHỐI TẠO XUNG KHỐI NGUỒN KHỐI XỬ LÝ KHỐI HIỂN THỊ Hình 2: Sơ đồ khối của mạch Với: + Khối nguồn : Cung cấp điện áp ổn định 9V cho toàn mạch , đóng vai trò vô cùng quan trọng, nếu điện áp dòng điện của mạch không được ổn định sẽ ảnh hưởng đến những thành phần linh kiện trong mạch, đồng thời mạch sẽ không hoạt động hoặc hoạt động sai nguyên lý. + Khối tạo xung : Tạo ra các xung có tần số, thời gian tắt khác nhau tạo ra hiệu ứng led nhấp nháy và loa phát ra âm thanh, điều khiển điều chỉnh chu kỳ thời gian các xung tạo ra hiệu ứng xe cảnh sát. + Khối xử lý : Chịu trách nhiệm điều khiển và điều chỉnh của khối tạo xung , điều chỉnh tốc độ nhấp nháy của led hoặc âm thanh của loa, lưu trữ và cung cấp năng lượng cho các thành phần khác trong mạch,giới hạn dòng điện và bảo vệ thành phần của mạch.
+ Khối hiển thị : hiển thị lên LED sẽ nhấp nháy và loa sẽ phát ra âm thanh báo động của xe cảnh sát. Yêu cầu đối với mạch: - Với pin 9V được cung cấp vào domino - Có khả năng chống rung và nhiễu. - Độ tin cậy cao - Hoạt động với công suất an toàn - IC555 có tần số dao động khoảng 1Hz vì với tần số này tạo ra tiếng loa báo động nghe được dễ dàng, với tần số này tạo ra âm thanh đứt quãng để dễ nhận biết tín hiệu khẩn cấp, đồng thời giúp giảm điện năng tiêu thụ của mạch. Với chu kỳ nhiệm vụ 50% thì tín hiệu đầu ra của IC sẽ cao thấp bằng nhau, đảm bảo rằng tiếng còi phát ra đều đặn và liên tục.
CHƯƠNG 3: CÁC LINH KIỆN THIẾT KẾ 3. IC Định thời 555 - IC định thời 555 được giới thiệu vào năm 1970 bởi Signetic Corporation và đã đặt tên cho bộ đếm thời gian SE/NE555. Về cơ bản, đây là một mạch định thời nguyên khối tạo ra độ trễ hoặc thời gian chính xác và rất ổn định. Khi so sánh với các ứng dụng của op-amp trong cùng vùng làm việc thì IC555 cũng đáng tin cậy không kém, giá thành tương đối rẻ.
Đây là mạch tích hợp timer đa dụng 8 chân. Thường được sử dụng để tạo xung, điều chế độ rộng xung (PWM), điều chế vị trí của xung (PPM) hay được sử dụng trong thu phát hồng ngoại.1: Hình IC định thời 555 - Các thông số quan trọng của IC555 : + Hạt động ở mức điện áp từ +5V đến +18V + Tần số dao động tối đa 2MHz + Dòng điện tối đa mà ngõ ra có thể cung cấp là 200m + Dòng tiêu thụ 3-6mA + Chu kỳ làm việc của bộ định thời có thể được điều chỉnh + Đầu ra của IC555 có thể điều khiển transitor-transitor logic (TTL) do đầu ra đòng điện cao + Có độ ổn định nhiệt độ 50 phần triệu (ppm) trên mỗi độ C khi nhiệt dộ thay đổi hoặc tương đương 0.005%/ độ C - Cấu hình chân của IC555 Hình 3.2: Cấu hình chân của IC555 - Khi điện áp ở chân số 2 (TRIG) ở dưới mức kích thì mạch Flip – Flop sẽ ở trạng thái Set (mức 1) làm cho gõ ra (OUT) ở mức cao (mức 1). Khi điện áp ở chân TRIG của IC 555 ở trên mức kích và đồng thời chân ngưỡng (THRES – chân 6) ở trên mức ngưỡng thì tự động mạch Flip – Flop sẽ bị reset về mức 0 và từ đó sẽ làm cho đầu ra output xuống mức 0. - Ngoài ra, khi chân RESET (chân 4) xuống mức thấp thì mạch Flip – Flop cũng sẽ bị reset khiến cho đầu ra (OUT) xuống mức 0.
Khi đầu ra ở mức 0 thì lúc này DISCH (chân 7) sẽ được nối với GND. - Chức năng hoạt động của từng chân : + Chân 1 (GND): Chân nối GND để giúp cung cấp dòng cho IC hay cònđược gọi là mass chung. + Chân số 2 (TRIGGER): Được biết đến là chân đầu vào thấp hơn so với điện áp so sánh và được sử dụng giống như 1 chân chốt của một tần số áp. Mạch so sánh ở đây được sử dụng là các Transistor PNP với điện áp chuẩn là ⅔ Vcc.
+ Chân số 3 (OUTPUT): Đây là chân được lấy tín hiệu logic đầu ra. Trạng thái tín hiệu ở chân số 3 này được xác định ở mức thấp (mức 0) và mức cao (mức 1).