BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG DÙNG IC SỐ - BTL KỸ THUẬT SỐ

LỜI MỞ ĐẦU Lời nói đầu em xin chân thành cám ơn thầy giáo môn kỹ thuật số “Nguyễn vũ Linh” thầy cô môn Đo lường điều khiển hướng dẫn chúng em hoàn thành xong đề tài Do kiến thức hạn chế nên cịn nhiều chỗ thiếu sót Vậy nên chúng em mong góp ý thầy đê đề tài chúng em hoàn thiện HỆ THỐNG BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG A – Tổng Quan Về Hệ Thống Bãi Đỗ Xe Tự Động I, Giới thiệu yêu cầu công nghệ hướng giải 1, Yêu cầu công nghệ Bấm nút start, hệ thống hoạt động Khi có xe vào Barie cửa vào tự động nâng lên Sau xe tiến vào bãi đỗ xe Barie tự động đóng lại hình hiển thị tăng lên xe Ở cửa ra, xe Barie cửa tự động mở, xe hết Barie tự động đóng lại Màn hình hiển thị giảm xe Số lượng xe bãi hiển thị để người bảo vệ có thể giám sát bãi đỗ xe Khi có xe vào hình tăng lên 1, có xe hình giảm Khi bãi đỗ xe chưa đầy đèn xanh sáng Khi bãi đỗ xe đầy đèn đỏ sáng khơng cho mở cửa vào 2) Phương hướng giải - Để phát xe vào chúng em dùng cảm biến quang để phát - Để đóng mở Barie cho hệ thống chúng em sử dụng động chiều - Để đếm số lượng xe chúng em sử dụng hệ đếm IC74192 Khi xe qua cảm biến từ xẽ phát xung đếm 74192 đếm sử lý thông tin đưa kết hiển thị Led 3) Sơ đồ khối hệ thống Đèn báo hiêu II, Giới thiệu vai trò, nhiệm vụ khối 1, Khối nguồn Bộ nguồn cung cấp cho toàn mạch ta sử dụng nguồn chiều Nguồn ta dùng cần ổn định cao để mạch đếm chạy cách xác, ta dùng khối nguồn khơng ổn định ví dụ pin hoạt động bị gián đoạn Bộ 5V 3V – 4.5V cho sáng lazer, ta dùng dòng chiều , điện áp 5V cho toàn mạch nên khối nguồn ta dùng máy biến áp, cầu chỉnh lưu IC7805 có tác dụng ổn định điện áp 5V a, Khối hạ áp Ở biến đổi điện áp lưới 220VAC – 50Hz xuống cịn 24VAC – 3A Mục đích cấp đầy vào cho biến đổi lọc để có điện áp chiều mong muốn b, Khối chỉnh lưu Thành phần chỉnh lưu biến đổi tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu chiều thơng qua diot chỉnh lưu Ta dùng thêm tụ điện đầu khối chỉnh lưu để sau phẳng điện áp chiều đập mạch để điện áp ổn định (Nếu tụ có điện dung lớn điện áp đầu phẳng) c, Khối ổn áp - Dòng họ 78xx cho nhiều loại ổn áp điện khác : 7805 ổn áp 5V Điện áp đầu vào họ 78xx điện áp chiều max ≤ 40V Dòng điện khơng vượt q 1A Dịng đỉnh 2,2A Cơng suất tiêu tán cực đại có tản nhiệt 15W Tản nhiệt tốt cho 78xx, hoạt động với tải 78xx nóng, không để nóng sinh phá 78xx 2, Khối tạo tín hiệu Có nhiệm vụ nhận tín hiệu, mã hóa tín hiệu thành tín hiệu xung, ta dùng cảm biến quang để nhận biết tín hiệu • - Cảm Biến Quang Cấu tạo chung cảm biến quang gồm có: phát quang thu quang Bộ phát quang có thể có thể sử dụng ánh sang tia hồng ngoại, ánh sáng đỏ, lazer; Bộ thu quang có thể sử dụng Transistor quang, diode quang - Nguyên lí hoạt động cảm biến quay : sau tín hiệu quang từ phát quang không bị cản nó vần truyền tới thu giữ nguyên trạng thái ban đầu có vật cản đường truyền tín hiệu quang từ phát tới thu, thu chuyển trạng thái đầu - Hiện có nhiều loại cảm biến quang thị trường đề tai chúng em chọn cảm biến E3FN hãng OMRON, số lượng Cảm biến quang điện hình trụ có khuếch đại giá thành thấp, chống nhiễu tốt công nghệ photo-IC, gọn tiết kiệm chỗ Bảo vệ chống ngắn mạch nối ngược cực nguồn - Các đặc tính kĩ thuật Phản xạ gương Ngõ N-P-N E3FN-P18KR12-WP-CD Khoảng cách phát 3m vật Nguồn cấp 10-30VDC Ngõ NPN, tối đa 200m/s Dòng tiêu thụ Tối đa 20mA Nguồn sáng Led hồng ngoại Thời gian đáp ứng Tối đa 10s Mạch bảo vệ Bảo vệ nguồn phân cực ngược, bảo vệ ngắn mạnh ngõ ra, bảo vệ ngược cực ngõ Kết nối Cáp nối sẵn 3, Khối mã hóa - Làm nhiệm vụ mã hóa tín hiệu vào từ đầu cảm biến, yêu cầu, đặc điểm khác tín hiệu mã hóa, có loại mã hóa thập phân, mã hóa ưu tiên… 4, Khối giải mã - Thưc giãi mã mã nhị phân đếm để hiển thị thành số thập phân led Sơ đồ khối: 5, Khối hiển thị Led - Đèn thị hoạt động bao gồm diot phát quang hay thị tinh thể lỏng (LCD) Mỗi bit thể đoạn ánh sáng a,b,c,d,e,f,g - Có loại thị đoạn: Anot chung Catot chung Nhờ đoạn sáng ta có 10 số thập phân từ → Giải mã BCD mã đoạn: Khi hiển thị LED đoạn sử dụng rộng giải, IC với tên “Bộ giải mã BCD sang đoạn” phát triển nhằm đơn giản hóa việc sử dụng Led đoạn Dữ liệu định dạng kiểu nhị phân sau IC xử lí hiển thị xác hình dạng số tương ứng(0-9) 6, Khối so sánh - Khối so sánh có sử dụng IC có chức để so sánh tín hiệu mã hóa thỏa mãn yêu cầu đặt công nghệ ban đầu 7, Khối điều khiển Khối điều khiển có nhiệm vụ điều khiển Barie cửa vào cửa đóng mở có xe tới tác động đến cảm biến quang Trong khối sử dụng động chiều kích từ độc lập kéo Barie chuyển động lên xuống nhờ mạch điều khiển Trong mạch điều khiển sử dụng cơng tắc hành trình để đóng ngắt điện vào transistor, đóng mở Barie,ngồi cịn có để đóng barie có rơ le trung gian để ngắt điện ngăn không cho barie cửa vào mở bãi đỗ xe đầy chỗ - B Thiết kế hệ thống I Sơ đồ nguyên lý khối tính toán chọn lọc linh kiện Khối nguồn   • • • • sơ đồ ngun lý: Tính tốn chọn lọc linh kiện: Máy biến áp: có nhiều loại máy biến áp khác 220 VAC – 24 VAC – 3A 220 VAC – 12 VAC – 1A Trong đề tài chúng em chọn loại 220 VAC – 24 VAC - 3A Để phù hợp với loại linh kiện Cầu chỉnh lưu: Các IC ổn áp mạch nguồn có IRa tối đa 1A nên chọn diode 1N4007 1N4004 Ithuận diode khơng lớn 1A Trong đề tài chúng em chọn diode 1N4007 Tụ lọc : loại 2200µF để san phẳng điện áp IC ổn áp : sử dụng IC 7805 để điện áp đầu cấp cho mạch 5V Khối thu phát tín hiệu     Lựa chọn linh kiện • Led phát – thu chúng em chọn loại có chân giá thành rẻ mà hiệu Led phát màu trắng, Led thu màu đen Sử dụng Tranzitor NPN 2N1711 khóa điện tử để đưa tín hiệu cho IC 7414 Nguyên lý: trạng thái bình thường LED D2 thu ánh sáng hồng ngoại từ Led D1 , điện trở led D2 giảm xuống Theo công thức UB = UB = , Tranzitor không dẫn, URa = UCC , đầu mức cao Khi có vật cản ánh sáng không truyền đến D2 nên điện trở D2 lớn  UB >  Tranzitor dãn  sụt áp C  Ura giảm, đầu mức thấp Khối điều khiển - Trong khối chúng em sử dụng IC555 tạo xung đếm giây để đếm thời gian cho động quay ngược - Giới thiệu IC555: Các thông số IC 555 có thị trường : + Điện áp đầu vào : - 18V ( Tùy loại 555 : LM555, NE555, NE7555 ) + Dòng điện cung cấp : 6mA - 15mA + Điện áp logic mức cao : 0,5 - 15V + Điện áp logic mức thấp : 0,03 – 0,06V + Công suất lớn : 600mW * Các chức 555: + Là thiết bị tạo xung xác + Máy phát xung + Điều chế độ rộng xung (PWM) + Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng thu phát hồng ngoại) Sơ đồ chân IC555: + Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân gọi chân chung + Chân số 2(TRIGGER): Đây chân đầu vào thấp điện áp so sánh dùng chân chốt hay ngõ vào tần so áp.Mạch so sánh dùng transitor PNP với mức điện áp chuẩn 2/3Vcc + Chân số 3(OUTPUT): Chân chân dùng để lấy tín hiệu logic Trạng thái tín hiệu xác định theo mức 1 mức cao tương ứng với gần Vcc (PWM=100%) mức tương đương với 0V mà thực tế mức ko 0V mà khoảng từ (0.35 ->0.75V) + Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái Khi chân số nối masse ngõ mức thấp Còn chân nối vào mức áp cao trạng thái ngõ tùy theo mức áp chân 6.Nhưng mà mạch để tạo dao động thường hay nối chân lên VCC + Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn IC 555 theo mức biến áp hay dùng điện trở cho nối GND Chân khơng nối mà để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số xuống GND thông qua tụ điện từ 0,01uF đến 0,1uF tụ lọc nhiễu giữ cho điện áp chuẩn ổn định + Chân số 6(THRESHOLD) : chân đầu vào so sánh điện áp khác dùng chân chốt + Chân số 7(DISCHAGER) : Có thể xem chân khóa điện tử chịu điều khiển bỡi tầng logic chân Khi chân mức áp thấp khóa đóng lại Ngược lại mở Chân tự nạp xả điện cho mạch R-C lúc IC 555 dùng tầng dao động + Chân số (Vcc): chân cung cấp áp dịng cho IC hoạt động Nó cấp điện áp từ 2V >18V (Tùy loại 555 thấp NE7555) Cơng thức tính tần số điều chế độ rộng xung 555: Nhìn vào sơ đồ mạch ta có cơng thức tính tần số , độ rộng xung + Tần số tín hiệu đầu : f = 1/[ln2.C1.(R1 + 2R2)] + Chu kì tín hiệu đầu : T = 1/f = ln2.C1.(R1+2R2) + Thời gian xung mức H (1) chu kì : t1 = ln2 (R1 + R2).C1 + Thời gian xung mức L (0) chu kì : t2 = ln2.R2.C1 - Trong đề tài chúng em chọn T = 1s, từ ta có thơng số : C1 = 102uF, R1 = 10K, R2 = 2k - Mạch điều khiển cho cho hệ thống: Mạch điều khiển động cơ: Nguyên lí hoạt động : ấn nút start, Hệ thống hoạt động Khi có xe tới cửa vào, cảm biến S1 cửa vào bị tác động, Barrie vị trí HT1 nên transistor T1 có điện, cấp điện cho động cơ, động quay thuận kéo Barire lên, Barrie mở tới chạm phải công tắc hành trình HT2 T1 bị cắt điện => Barrie dừng vị trí đấy, đồng thời IC555 có điện, tạo xung đếm giây Và S1 bị tác động có xung đưa đếm Sau đếm đến 15s, transistor N1 có điện, động quay ngược kéo Barrie xuống Tương tự cửa : xe ra, cảm biến S2 cửa bị tác động, transistor T2 có điện, động quay thuận kéo Barrie lên, gặp HT4 cuộn T2 điện động dừng Đồng thời có xung đưa đếm, hiển thị giảm Cũng IC555 có điện sau khoảng thời gian 10s, transistor N2 có điện, động quay ngược kéo Barrie xuống Khi bãi đỗ xe chưa đầy đèn xanh sáng Nếu bãi đỗ xe đầy, đếm tới giá trị đặt trước đèn đỏ sáng tiếp điểm thường đóng C mở khống chế để khơng mở Barrie có xe vào 4: Khối mã hóa *Lựa chọn linh kiện: + Cổng NOT cổng logic có ngõ vào ngõ y = + Kí hiệu: Đầu đầu vào ngược lại Có nhiều IC cấu tạo tích hợp nhiều cổng Not IC7404, IC7413, IC7414… Trong đề tài này, chúng em sử dụng IC7414 *IC Mã Hóa - Đếm: Trong đề tài chúng em sử dụng 2LED để hiển thị số xe bãi từ 00 99 Khi có xung vào LED tăng lên hay giảm phải giữ trạng thái có xung vào Vì vậy, chúng em sử dụng đếm, có khả nhớ xung đến cửa vào Vậy đếm phải tạo từ mạch lật (mạch F-F) Có nhiều loại đếm theo yêu cầu đề tài chúng em sử dụng đếm thập phân dị Bởi đếm có xung vào đếm cấp xung cho mạch lật đầu tiên, mạch lật sau hoạt động theo tín hiệu mạch lật trước đếm có cửa nhớ C đếm thuận, cửa nhớ B đếm ngược, chuyển số nhớ lên hàng thập phân cao Các cửa Q Q’ mạch lật qua giải mã chữ số thập phân - TT 10 Mỗi đếm thập phân sử dụng mạch lật dùng hết 10 trạng thái, từ 0000 đến 1001 qua giải mã hiển thị số từ  Khi thực đến thuận: Ta có bảng trạng thái đếm thuận sau: 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 C 0 0 0 0 Khi chuyển từ trạng thái 1001 sang 0000, tín hiệu nhớ C = để chuyển lên chữ số thập phân cao liền kề - TT thực đếm ngược: chuyển từ trạng thái 0000 sang 1001 cửa B = xung nhịp CP, B chuyển lên hàng số thập phân cao Bảng trạng thái đếm ngược: 1 0 0 0 1 0 0 1 B 0 10 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Qua việc phân tích để ta lựa chọn loại IC phù hợp Ở chúng em sử dụng IC74192 - IC74192 mạch khơng đồng preset Mỗi mạch có chủ tớ Flip-Flop, với cổng logic nội đạo để cung cấp thiết lập lại, cá nhân cài sẵn, tính lên đếm xuống hoạt động A,B,C,D : Các đầu vào đặt trước liệu QA,QB,QC,QD: Các đầu nhị phân đếm BCD PL : Đầu vào cho phép đặt liệu hoạt động mức tích cực thấp MR :Đầu vào xóa liệu đầu 0000, hoạt động mức tích cực cao CPU,CPD :Đầu vào cho phép đếm thuận,đếm nghịch TCU,TCD :Tín hiệu đếm thuận đếm nghịch - Cấu trúc bên trong: - MR 0 Hoạt động: CPU CPD PL Đ Đ Đ Đ Đ 1 1 A Đ Đ Đ B Đ Đ Đ C Đ Đ Đ D QA QB QC QD TCU Đ 0 0 Đ A B C D Đ Đếm lùi TCD 1 x Đ Đ Đ Đ Đếm lên x x : Có thể giá trị - Khi MR mức cao lối nhị phân reset mức thấp - Khi chân MR mức thấp đếm thực chức sau: + Nếu chân PL mức thấp đếm đặt liệu cho lối QA,QB,QC,QD liệu lối vào A,B,C,D + Nếu chân CPU có xung vuông tác động vào, đồng thời chân CPvà PL mức cao đếm thực đếm tiến, đếm đến lại quay lại trạng thái không ban đầu, lúc chân TCU từ mức thấp chuyển sang mức cao lập lại chu kì + Nếu chân CPD có xung vng tác động vào đồng thời chân CPU PL mức cao đếm thực đếm lùi,khi đếm đến o lại quay trạng thái 9, lúc chân TCU từ mức thấp chuyển sang mức cao lập lại chu kì Khối giải mã hiển thị - Để hiển thị tín hiệu LED tín hiệu mã hóa qua đếm 74192 có bit ta phải giải mã tín hiệu - Điều khiển hiển thị LED mắc catot chung: a 1 1 1 1 - Tín hiệu điều khiển b c d e 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 Bảng chân lí giải mã BCD 8421: Hiển thị f 1 1 1 g 0 1 1 1 D C 0 0 0 0 1 1 1 Bảng nô: B 0 1 0 1 0 A 1 1 a 0 0 0 b 0 0 1 0 c 0 0 0 0 d 0 0 0 e 1 1 1 f 1 0 0 g 1 0 0 0 Tối thiểu hóa bảng Cac-nô ta ta : a b = D+B+CA + = C A C + BA + B A => a = => b = C + BA + B A Tương tự ta có : d= e= f= D + C B + BA + C A + C B A C A + BA D + CB + C B + BA Sơ đồ logic : - Do sử dụng led mắc catot chung nên phải sử dụng loại IC giải mã có ngõ có mức tích cực mức cao Có nhiều loại IC đề tài chúng em sử dụng IC CD4511 giải mã cho LED catot chung : + có cửa vào : A,B,C,D + có cửa : a,b,c,d,e,f + cửa chốt liệu vào :LE +cửa điều khiển nhấp nháy : + cửa thử hiển thị : LI BI - - +cấp nguồn dung : VDD + nối nguồn :VSS Bộ hiển thị LED nối đất mắc theo catot chung, nhận tín hiệu từ giải mã hiển thị số đếm Khối so sánh - Trong đề tài chúng em quy định số xe bãi lớn 99 nên chúng em sử dụng IC74ls85 có chức so sánh mã nhị phân đầu đếm, đến 99 đèn đỏ sáng báo bãi đầy xe Trong khối so sánh ta sử dụng thêm IC 7408 có tích hợp cổng AND IC 74ls185: + Sơ đồ logic: Sơ đồ nối chân: + A0,A1,A2,A3 : đầu vào so sánh + B0,B1,B2,B3 : Cho phép đặt trước giá trị cần so sánh + QAC : Các đầu so sánh - Trong đề tài chúng em đặt đầu vào B0, B1, B2, B3 giá trị 1001, lấy đầu chân 6, đầu IC74ls85 tổ hợp lại với qua IC7408 (tích hợp cổng AND) Khi số xe vào 99 đầu IC74ls85 mức cao, qua IC7408 đến transistor T qua IC7414 (tích hợp cổng Not) đến transistor T’ transistor T thơng, đèn đỏ sáng Transistor T’ ngắt, đèn xanh tắt Sơ đồ nguyên lý nguyên tắc hoạt động toàn mạch a Sơ đồ nguyên lý b Nguyên tắc hoạt động mạch - Ấn nút start, hệ thống hoạt động + Khi khơng có xe đến qua mạch thu phát ánh sáng hồng ngoại bình thường, đầu cảm biến mức cao (trạng thái 1) qua cổng NOT thấp, tín hiệu xung vào IC 74192 lúc xuống mức thấp nên IC 74192 khơng đếm, khơng có tín hiệu cho IC CD4511 nên khơng hiển thị LED + Khi có xe đến cửa vào, cảm biến tác động, rơ le điện từ có điện đóng tiếp điểm, transistor T1 có điện, động DC1 quay thuận đồng thời phát xung vào đếm, tăng lên xe Khi động kéo barie đập vào cơng tắc HT2 động ngừng quay thuận IC 555 có điện, tạo xung đếm giây Khi đến giây thứ 15 transistor N1 có điện, động quay ngược động quay kéo barie chạm vào công tắc HT1, động ngừng quay ngược chân IC555 mức thấp, reset đếm giây + Khi có xe đến cửa ra, cảm biến tác động, rơ le điện từ có điện đóng tiếp điểm, transistor T2 có điện, động DC2 quay thuận Đồng thời phát xung vào đếm, giảm xe Khi động kéo barie đập vào cơng tắc HT4 động ngừng quay thuận IC 555 có điện, tạo xung đếm giây Khi đến giây thứ 10 transistor N2 có điện, động quay ngược Khi động quay kéo barie chạm vào công tắc HT3, động ngừng quay ngược chân IC555 mức thấp, reset đếm giây + Khi số xe vào bãi 99, tức đếm đếm tới 99 có tín hiệu đầu IC7808, khuếch đại dòng điện qua transistor 2N1711, cuộn dây rơle có điện hút tiếp điểm thường mở đóng lại, đèn đỏ sáng đèn xanh tắt, đồng thời nguồn cấp vào cảm biến bị ngắt mất, khống chế không mở Barie cửa vào có xe khác đến tác động vào cảm biến TỔNG KẾT Trong đề tài chúng em vừa thiết kế bãi đỗ xe theo yêu cầu công nghệ giao Vậy hệ thống bãi đỗ xe tự động chúng em bao gồm: + Máy biến áp, 1IC 7805, diode, tụ điện, điện trở + động chiều, rơ le trung gian, công tắc hành trình, đèn báo + Cảm biến quang E3FN, Transistor 2N1711 + IC 74192, IC 74LS85, IC 7414, IC 7408, IC 4511, led ... vào có xe khác đến tác động vào cảm biến TỔNG KẾT Trong đề tài chúng em vừa thiết kế bãi đỗ xe theo yêu cầu công nghệ giao Vậy hệ thống bãi đỗ xe tự động chúng em bao gồm: + Máy biến áp, 1IC 7805,... kéo Barrie xuống Khi bãi đỗ xe chưa đầy đèn xanh sáng Nếu bãi đỗ xe đầy, đếm tới giá trị đặt trước đèn đỏ sáng tiếp điểm thường đóng C mở khống chế để không mở Barrie có xe vào 4: Khối mã hóa... NOT cổng logic có ngõ vào ngõ y = + Kí hiệu: Đầu đầu vào ngược lại Có nhiều IC cấu tạo tích hợp nhiều cổng Not IC7 404, IC7 413, IC7 414… Trong đề tài này, chúng em sử dụng IC7 414 *IC Mã Hóa - Đếm: