thiết kế, chế tạo mạch kiểm tra số lượt người ra vào cửa siêu thị

Trong đó sự tích hợp các mạch điện – điện tửngày càng trở nên thiết yếu khi mà công nghệ ngày càng phát triển hơntiến tới thời đại của vi xứ lý vi mạch những mạch cồng kềnh chiếm nhiềudi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Tên đề tài : THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH KIỂM TRA SỐ LƯỢT

NGƯỜI RA VÀO CỬA SIÊU THỊ

Giảng viên hướng dẫn : Phạm Ngọc Thắng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Tên đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH KIỂM TRA SỐ LƯỢT

NGƯỜI RA VÀO CỬA SIÊU THỊ

Giảng viên hướng dẫn : Phạm Ngọc Thắng

Chức danh khoa học : Tiến sĩ

Chức vụ : Trưởng bộ môn- Giảng viên

Hưng Yên, Ngày…Tháng Năm 2010 Giảng viên hướng dẫn

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 4

NỘI DUNG 6

Chương I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

1 Xây dựng sơ đồ khối của toàn mạch 6

2 Nguyên tắc hoạt động của các khối 6

2.1 Khối nguồn 6

2.2 Khối tạo tín hiệu 8

2.3 Khối mã hóa 11

2.4 Khối giải mã 11

2.5 Khối hiển thị - Led 7 thanh 12

Chương II: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH ĐẾM SỐ NGƯỜI RA VÀO CỬA SIÊU THỊ 14

1 Sơ đồ nguyên lý của mỗi khối và tính toán chọn lọc linh kiện 14

1.1 Khối nguồn 14

1.2 Khối thu phát tín hiệu 16

1.3 Khối đếm hiển thị 17

2 Sơ đồ nguyên lý và nguyên tắc hoạt động của toàn mạch 19

2.1 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch 19

2.2 Nguyên tắc hoạt động của mạch 20

3 Yêu cầu đồ án 21

KẾT LUẬN 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO 23

PHỤ LỤC 24

1 IC7805 24

2 IC 7414 26

3 IC74192 28

4 IC7447 33

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc

sống của con người đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, mang lại sựtiện lợi tối ưu với những trang thiết bị hiện đại phục vụ công cuộc côngnghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước Góp phần vào sự phát triển đó thìngành kĩ thuật điện tử đã góp phần không nhỏ trong sự nghiệp xây dựng

và phát triển đất nước Trong đó sự tích hợp các mạch điện – điện tửngày càng trở nên thiết yếu khi mà công nghệ ngày càng phát triển hơntiến tới thời đại của vi xứ lý vi mạch những mạch cồng kềnh chiếm nhiềudiện tích đã bị loại bỏ dần thay vào dó là các mạc siêu nhỏ gọn gàng hơnđang đươc ưa chuộng Những thành tựu của nó đã có thể biến đượcnhững cái tưởng chừng như không thể thành những cái có thể, góp phầnnâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho con người

Trong đó có ngành “Kĩ thuật số” có vai trò rất quan trọng vàviệc áp dụng điều khiển bằng số trong công nghệ hiện đại Kĩ thuật số

ra đời đã và đang làm nên một cuộc cách mạng trong mọi lĩnh vựccủa đời sống hiện đại từ chiếc nồi cơm điện, máy giặt, máy điệnthoại… đến truyền hình, chụp ảnh, công nghệ thông tin,… Những ứngdụng của nó trong sản xuất của các công ty lớn nhỏ là không thể kểhết

Xuất phát từ thực tế tại các nhà máy và tham quan các doanhnghiệp sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu được tự động hóatrong quá trình sản xuất Một trong những khâu đơn giản trong dâychuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm làm ra được đếmmột cách tự động Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thìviệc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong những khâu đếmsản phẩm, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công Từ những điều đã

được thấy đó và khả năng của chúng em, chúng em muốn làm một điều

gì nhỏ để góp phần vào giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay

mà cho phép tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảmbảo được độ chính xác cao Đối với các nơi có nhiều dịch vụ tiện ích chocon người như các siêu thị, cửa hàng cần quản lý số lượng người ra vào

để biết được tình hình kinh doanh của siêu thị hoặc cửa hàng đó Vậynên chúng em quyết định thiết kế một mạch đếm người vì nó rất phù hợpvới thực tế và nó thật sự rất có ý nghĩa đối với chúng em vì đã làm đượcmột phần nhỏ đóng góp cho xã hội

Nhận thấy khả năng ứng dụng rộng rãi của mạch đếm số lượtngười ra vào cửa siêu thị Chúng em đã nghiên cứu và thiết kế dưới sự

hướng dẫn nhiệt tình của thầy: Phạm Ngọc Thắng, giảng viên khoa

điện–điện tử Vì kiến thức, kinh nghiệm của chúng em còn hạn chế nên

đồ án không tránh được sai sót Chúng em rất mong sự đánh giá của quýthầy cô và bạn bè, để đồ án được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

NỘI DUNG Chương I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1 Xây dựng sơ đồ khối của toàn mạch

Hình 1.1: Sơ đồ khối của toàn mạch

2 Nguyên tắc hoạt động của các khối

Bộ 5V và 3V- 4.5V cho súng laser, khi ta đưa vào led 7 thanh taphải đưa qua điện trở nhỏ khoảng 1 kilôm

Mạch yêu cầu dùng dòng 1 chiều, điện áp 5V nên khối nguồn này

ta dùng máy biến áp, cầu chỉnh lưu, và IC7805 có tác dụng ổn định điện

áp ra 5V

2.1.1 Khối hạ áp

Ở đây chúng ta biến đổi điện áp lưới 220VAC-50Hz xuống còn24VAC - 3A Mục đích là cấp đầy vào cho bộ biến đổi và bộ lọc để cóđiện áp một chiều mong muốn

2.1.2 Khối chỉnh lưu

Thành phần chỉnh lưu là biến đổi tín hiệu xoay chiều thành tínhiệu 1 chiều thông qua 4 con diode chỉnh lưu Đây là sơ đồ chỉnh lưu cảchu kì với dạng sóng đầu vào và đầu ra sau chỉnh lưu như sau:

Hình 1.2 : Điện áp sau chỉnh lưu.

Dạng điện áp sau chỉnh lưu nó vẫn còn các sóng nhấp nhô nhưngọn núi và dạng điện áp này vẫn được coi là điện áp 1 chiều nhưngchưa ổn định

2.1.3 Khối lọc

- Có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều đập mạch U3 thànhđiện áp một chiều U4 ít nhấp nhô hơn

- Tụ có điện dung càng lớn thì điện áp ở đầu ra càng bằng phẳng

Hình 1.3: Điện áp sau khi được lọc bằng tụ điện.

- Tụ gốm có tác dụng lọc xung đột biến

2.1.4 Khối ổn áp

- Dòng họ 78xx cho ra nhiều loại ổn áp điện khác nhau: như 7805

ổn áp 5V

- Điện áp đầu vào của họ 78xx là điện áp 1 chiều và max <=40V

- Dòng điện không vượt quá 1A

- Dòng đỉnh là 2.2A

- Công suất tiêu tán cực đại có tản nhiệt là 15W

- Đảm bảo thông số là : Vi - V0 = 2V đến 3V ( lúc đó mạch mớihoạt động ổn áp được)

- Tản nhiệt tốt cho 78xx Khi hoạt động với tải thì 78xx rất nóng.Đối với cấp điện áp là 29V thì 78xx nóng khi có tải và chú ý tản nhiệttốt cho nó.Để nóng quá sinh ra phá 78xx

2.2 Khối tạo tín hiệu

Có nhiệm vụ nhận biết tín hiệu,mã hoá tín hiệu thành tín hiệuxung

chức năng tương ứng với một số thập phân Mạch mã hóa sẽ chuyểnđổi thành mã nhị phân tương ứng dưới dạng mã lệnh tín hiệu số gồmcác bít 0 và 1 Số bit trong mã lệnh nhị phân có thể là 4 bit hay 8 bit

… tùy theo số lượng các phím chức năng nhiều hay ít

- Khối dao động có điều kiện: Khi nhấn 1 phím chức năng thì dồngthời khởi động mạch dao động tạo xung đồng hồ , tần số xung đồng hồxác định thời gian chuẩn của mỗi bit

- Khối chốt dữ liệu và khối chuyển đổi song song ra nối tiếp: Mãnhị phân tại mạch mã hóa sẽ được chốt để đưa vào mạch chuyển đổi

dữ liệu song song ra nối tiếp Mạch chuyển đổi dữ liệu song song ranối tiếp được điều khiển bởi xung đồng hồ và mạch định thời nhằmđảm bảo kết thúc đúng lúc việc chuyển đổi đủ số bit của một mã lệnh

- Khối điều chế và phát FM : mã lệnh dưới dạng nối tiếp sẽ đượcđưa qua mạch điều chế và phát FM để ghép mã lệnh vào sóng mang

có tần số 38Khz đến 100Khz , nhờ sóng mang cao tần tín hiệu đượctruyền đi xa hơn , nghĩa là tăng cự ly phát

- Khối thiết bị phát : là một LED hồng ngoại Khi mã lệnh có giátrị bit =’1’ thì LED phát hồng ngoại trong khoảng thời gian T của bit

đó Khi mã lệnh có giá trị bit=’0’ thì LED không sáng Do đó bên thukhông nhận được tín hiệu xem như bit = ‘0’

- Khối chuyển đổi nối tiếp sang song song và Khối giải mã : mãlệnh được đưa vào mạch chuyển đổi nối tiếp sang song song và đưatiếp qua khối giải mã ra thành số thập phân tương ứng dưới dạng mộtxung kích tại ngõ ra tương ứng để kích mở mạch điều khiển.

- Tần số sóng mang còn được dùng để so pha với tần số dao độngbên phần thu giúp cho mạch thu phát hoạt động đồng bộ , đảm bảocho mạch tách sóng và mạch chuyển đổi nối tiếp sang song song hoạtđộng chính x

2.3 Khối mã hóa

 Khái niệm mã hóa:

- Nói một cách khái quát, mã hóa là dùng văn tự, ký hiệu hay mãhóa để biểu thị một đối tượng xác định Ví dụ như đặt tên cho trẻ sơsinh, các thí sinh tham gia các môn thì có một số báo danh để thay thế.văn tự và hệ đếm thập phân không tiện dùng cho mạch số mã hóa nhịphân là quá trình dùng mã hóa nhị phân để biểu thị đối tượng sẽđến( đối tượng này là tín hiệu) Biểu thị số lượng nhiều thì tăng số bitBinary digital mã nhị phân có n bit thì có 2n trạng thái, có thể biểu thịđược 2n tín hiệu Vậy để mã hóa n tín hiệu cần sử dụng n bit, theocông thức 2n >=n.

- Bộ mã hóa là mạch điện thực hiện thao tác mã hóa căn cứ vào yêucầu, đặc điểm khác nhau của tín hiệu được mã hóa, chúng ta có các

mã hóa khác nhau: bộ mã hóa nhị phân, bộ mã hóa nhị thập phân, bộ

mã hóa ưu tiên

2.4 Khối giải mã

 Giải mã là quá trình phiên dịch hàm ý đã gán cho mã, mạch điệnthực hiện việc giải mã được gọi là bộ giải mã

 Sơ đồ khối

Hình 1.6: Sơ đồ khối giải mã.

 Nguyên lý hoạt động của khối giải mã

- Bộ đếm gồm các IC đếm có chức năng đếm số Mỗi khi có xungCLK tác động vào bộ đếm sẽ nhảy số

- Thông qua bộ đếm sẽ tạo địa chỉ đưa vào bộ giải mã hiển thị led

2.5 Khối hiển thị - Led 7 thanh

- Đèn chỉ thị 7 đoạn gồm 7 diode phát quang (LED: Light EmissionDiode) hay 7 chỉ thị tinh thể lỏng (LCD: Liquid Crystal Display).Mỗibit được thể hiện bằng một đoạn sáng a, hoặc b, hoặc c đến g

- Có hai loại chỉ thị 7 đoạn: Anot chung và Catot chung

- Nhờ 7 đoạn sáng này ta có được 10 số thập phân từ 0 đến 9

-Hình 1.7 : Cấu tạo led 7 thanh.

Hình 1.8.Sơ đồ nối chân giữa khối giải mã và khối hiển thị

 Giải mã BCD ra mã 7 đoạn:

- Khi bộ hiển thị LED 7 đoạn được sử dụng rộng rãi, 1 con IC vớitên là "Bộ giải mã BCD sang 7 đoạn" được phát triển nhằm đơn giảnhóa việc sử dụng led 7 đoạn Dữ liệu định dạng kiểu nhị phân sau khiđược IC sử lý sẽ được hiển thị chính xác lên màn hình bằng dạng sốtương ứng (0-9).

- Mặc dù IC này hoạt động không cần chốt, nhưng IC trong trườnghợp này có sẵn chốt 4-bit (được sử dụng cho ví dụ sau) Ở ví dụ nàychốt được thiết lập sao cho dữ liệu nhập vào có thể truyền thông suốtqua bộ giải mã

Chương II: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẠCH ĐẾM SỐ NGƯỜI RA

VÀO CỬA SIÊU THỊ

1 Sơ đồ nguyên lý của mỗi khối và tính toán chọn lọc linh kiện

1.1 Khối nguồn

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý của mạch nguồn.

 Tính toán chọn linh kiện

- Máy biến áp

Yêu cầu đề bài điện áp ra ổn định tối đa là 12VDC, mà điện ápđầu vào 220VAC nên ta có thể sử dụng máy biến áp: 220VAC-24VAC-3A hoặc 220VAC-12VAC-1A Trong đề tài này chúng em chọn220VAC-24VAC-3A vì sẵn có trong bộ linh kiện của chúng em

- Cầu chỉnh lưu

Các IC ổn áp trong mạch nguồn này có IRa tối đa là 1A nên lựachọn diode 1N4007 hoặc 1N4004 vì IThuận của diode này không được lớnhơn 1A Trong đề tài này chúng em lựa chọn diode 1N4007.

Có hai loại linh kiện ổn áp họ 78XX và 79XX

Họ 78xx là họ cho ổn định điện áp đầu ra là dương Còn xx là giátrị điện áp đầu ra như 5V, 8V…

Họ 79xx là họ ổn định điện áp đầu ra là âm Còn xx là giá trị điện

áp đầu ra như : -5V,-8V…

Đồ án này cần điện áp 5V nên ta sử dụng IC7805 (Xem phụ lục Trang 24)

1-1.2 Khối thu phát tín hiệu

Hình 2.2:Sơ đồ nguyên lý của mạch thu phát

 Lựa chọn linh kiện

- Led phát-thu có hai loại: 2 chân và 3 chân Trong đồ án này ta sửdụng loại 2 chân vì giá thành rẻ mà vẫn hiệu quả Led phát màu trắng,led thu màu đen

- Sử dụng con tranzitor NPN như 1 khóa điện tử để đưa tín hiệu choIC7414

1.3 Khối đếm hiển thị

Hình 2.3:Sơ đồ nguyên lý của mạch đếm hiển thị

 Lựa chọn linh kiện:

- Cổng NOT là cổng logic có 1 ngõ vào và 1 ngõ ra là y= .

- Kí hiệu:

Có nhiều IC cấu tạo của nó tích hợp nhiều cổng NOT nhưIC7404, IC7413, IC7414…Đồ án này ta sử dụng IC7414 (Xem phụ lục2-Trang 26)

- IC mã hóa - đếm

- IC giải mã

Các IC hỗ trợ đếm, giải mã led 7 thanh như CD4511, 74HC47,74HC48 Trong mạch này ta dùng IC 7447 để giải mã (Xem phụ lục 4-Trang 33)

- Led hiển thị

Trong các thiết bị, để hiển thị trạng thái hoạt động của các thiết bị

đó cho người sử dụng với các dãy số là đơn thuần người ta sử dụng Led

7 đoạn để hiển thị Vậy để hiển thị từ 0 đến 99 số người đi ra vào cửasiêu thị ta sử dụng 2 con led 7 đoạn

2 Sơ đồ nguyên lý và nguyên tắc hoạt động của toàn mạch

2.1 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch

2.2 Nguyên tắc hoạt động của mạch.

 Nguồn một chiều:

Sau khi dùng máy biến áp ta được nguồn điện 24VAC Sau đó tacho nguồn điện qua cầu chỉnh lưu Lúc này nguồn điện được chuyển từtín hiệu xoay chiều thành tín hiệu một chiều Tiếp theo ta cho nguồn điệnqua tụ điện để lọc phẳng tần số Cuối cùng ta cho nguồn điện qua IC

7805 và trở thành nguồn điện 5VDC cấp nguồn cho mạch điện

Khi được cấp nguồn 1 chiều 5V có 2 trường hợp xảy ra là có tínhiệu (người) đi qua và không có người đi qua

 Khi không có tín hiệu đi qua

- Led phát thu vẫn hoạt động bình thường vì toàn mạch được cấpnguồn 5V Led phát vẫn phát tín hiệu để led thu nhận, khi led thu nhậntín hiệu thì điện trở led thu giảm gần như bằng 0V, nên dòng điện đó

sẽ đi thẳng xuống mass Do đó tranzitor không dẫn vì theo công thứctính :

UB = (U x Rled thu)/(Rled thu + R2) = (5 x 0)/(0+104) = 0V

Do đó điện áp 5V qua R4 sẽ chảy xuống JP2 của mạch phát (JP1của mạch đếm) Đầu vào cổng NOT lúc này sẽ là mức cao, qua cổngNOT sẽ là mức thấp, tín hiệu xung vào IC74192 lúc này sẽ là xung mứcthấp nên IC74192 sẽ không đếm, không có tín hiệu cho IC7447 nên sẽkhông hiển thị trên led 7 thanh

 Khi có tín hiệu đi qua

- Tín hiệu đó sẽ che led thu, led thu sẽ không nhận được tín hiệu củaled phát, điện trở led thu sẽ rất lớn, nên điện áp trên cực B củatranzitor sẽ lớn hơn 0V

Vì công thức : UB = (U x Rled thu)/(Rled thu + R2)

- Tranzitor dẫn gây sụt áp trên cực C của tranzitor, lúc đó chân JP2

ở mức thấp 0V (vì điện áp lúc này đi từ cực C xuống mass), chân JP1

ở mức thấp khi qua cổng NOT sẽ được đảo thành mức cao Vì chân 5(đầu vào- JP1) của IC 74192 tích cực ở mức thấp nên nó sẽ nhảy trạngthái tức là bộ mã hóa lúc này sẽ có đầu ra là 0001 Đầu vào của bộ giải

mã

- Khi giải mã xong thì tín hiệu sẽ được hiển thị trên led 7 thanh là

01 và nó sẽ giữ nguyên trạng thái này cho đến khi có sản phẩm tiếptheo đi qua và đi khỏi đường sáng laser thì nó sẽ nhảy trạng thái tiếptheo là 02 Cứ như vậy khi có sản phẩm tiếp theo đi qua thì nó sẽ hoạtđộng tương tự như trên

3 Yêu cầu đồ án

- Số đếm phải chính xác, và thay đổi việc cài đặt số đếm ban đầumột cách linh hoạt Theo yêu cầu đề tài thì mạch sẽ chỉ đếm được từ 0đến 99 nên khi đếm đến 99, mà vẫn có tín hiệu (người) thì sẽ bị tràn

và bắt đầu đếm vòng tiếp theo

Hướng phát triển của đồ án: nó sẽ xuất hiện nhiều trong các nhàmáy, công ty…Một trong những khâu đơn giản trong dây chuyền sảnxuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm làm ra được đếm một cách tựđộng thay thế cho con người và nâng cao năng suất lao động của công ty.

Trong quá trình thực hiện đồ án chúng em được rất nhiều hướng

dẫn của thầy cô trong khoa điện-điện tử, đặc biệt là thầy Phạm Ngọc

Thắng đã tận tình chỉ bảo chúng em trong suốt thời gian giảng bài trên

lớp và thời gian làm đồ án Nhưng do kiến thức còn hạn hẹp nên trong

quá trình thực hiện đồ án chúng em không thể tránh khỏi sai sót, mongquý thầy cô trong hội đồng khảo thi bỏ qua và có hướng giúp đỡ đểchúng em có thể hoàn chỉnh đồ án của mình

Chúng em xin chân thành cảm ơn!!!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 Giáo trình “Kĩ thuật số„

- Tác giả: Nguyễn Thúy Vân

- Tác giả: Phạm Ngọc Thắng - Bùi Thị Kim Thoa

 Sách linh kiện điện tử Tác giả - Giảng viên Lê Thị Hồng ThắmTrường đại học công nghiệp TPHCM

 Sách sơ đồ chân linh kiện bán dẫn tác giả: Dương Minh Trí- Xuấtbản lần thứ 5, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật

 Tìm trên internet (google.com; tailieu.vn; dientuvietnam.vn;hoiquandientu.vn)

 Datasheet của IC