Đang tải... (xem toàn văn)
1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Đề tài Thiết kế mạch đếm sản phẩm sử dụng cảm biến thu phát hồng ngoại. Mạch ứng dụng trong các dây truyền sản xuất, giúp công nhân thuận tiện trong việc quản lý sản phẩm.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA: ĐIỆN ĐIỆN TỬ - ĐỒ ÁN MÔN HỌC Đề tài: Thiết kế mạch đếm sản phẩm sử dụng cảm biến thu phát hồng ngoại Giáo viên hướng dẫn : Đào Minh Tuấn Sinh viên thực : Lê Văn Hùng - 12220082 : Nguyễn Đình Cường -12220458 Lớp : 12220TN ĐỒ ÁN MÔN HỌC NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hưng Yên, Ngày Tháng Năm 2022 Giáo viên hướng dẫn ĐỒ ÁN MÔN HỌC MỤC LỤC NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Ý tưởng thực 1.3 Ứng dụng mạch CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Điện trở 2.1.1 Khái niệm 2.1.2 Kí hiệu 2.1.3 Hình dạng thực tế 2.2 Led phát Led thu hồng ngoại 2.2.1 Khái niệm 2.2.2 Kí hiệu hình ảnh thực tế 2.2.3 Tính chất led phát led thu hồng ngoại 2.2.4 Ứng dụng led phát thu hồng ngoại 10 2.3 IC đếm 74LS90 10 2.3.1 Khái niệm 10 2.3.2 Kí hiệu, sơ đồ chân hình dạng thực tế 10 2.3.3 Cấu tạo bên IC 74LS90 12 2.3.4 Nguyên lý hoạt động IC 74LS90 14 ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2.4 IC 7447 14 2.4.1 Khái niệm 14 2.4.2 Nguyên lý hoạt động IC 7447 15 2.5 Led Anode chung 17 2.5.1 Khái niệm 17 2.5.2 Cấu tạo Led 18 2.5.3 Nguyên lý hoạt động Led 19 2.6 Nút nhấn 19 2.6.1 Khái niệm 19 2.6.2 Kí hiệu hình dạng thực tế nút 19 2.6.3 Cấu tạo nút ấn 20 2.6.4 Nguyên lý hoạt động 20 2.7 IC 7408 20 2.7.1 Khái niệm 20 2.7.2 Kí hiệu, sơ đồ chân hình dạng thực tế 20 2.8 IC 74HC14 22 2.8.1 Khái niệm 22 2.8.2 Kí hiệu, sơ đồ chân hình dạng thực tế IC 74HC14 22 2.8.3 Nguyên lý hoạt động 23 CHƯƠNG 24 TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH 24 3.1 Thiết kế sơ đồ khối toàn mạch 24 3.2 Thiết kế mạch nguyên lý 24 3.2.1 Mạch nguồn 24 ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3.2.2 Mạch tạo xung 24 3.2.3 Mạch đếm 25 3.2.4 Mạch hiển thị 27 3.2.5 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 27 3.3 Thi công 30 3.3.1 Thiết kế mạch in 30 3.3.2 Thi công mạch in 30 3.3.3 Mơ hình sản phẩm 31 CHƯƠNG 32 KẾT LUẬN 32 4.1 Kết luận 32 4.2 Hướng phát triển 32 Tài Liệu Tham Khảo 34 ĐỒ ÁN MƠN HỌC LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay, phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ, sống người thay đổi ngày tốt hơn, mang lại tiện lợi với trang thiết bị đại phục vụ công công nghiệp hóa, đại hóa đất nước Góp phần vào nghiệp nghành kỹ thuật điện tử góp phần không nhỏ trong nghiệp xây dựng phát triển đất nước Trong tích hợp mạch điện – điện tử ngày trở lên thiết yếu mà công nghệ ngày phát triển tiến tới thời đại vi xử lý mạch cồng kềnh chiếm nhiều diện tích dần loại bỏ thay vào mạch gọn nhẹ ưa chuộng Những thành tựu biến tưởng chừng khơng thể thành có thể, góp phần nâng cao đời sống tinh thần cho người Trong có ngành “Kỹ thuật số” có vai trò quan trọng áp dụng việc điều khiển số công nghệ đại Kỹ thuật số đời làm thành cách mạng lĩnh vực sống đại từ nồi cơm, máy giặt, điều hòa, điện thoại v.v… đến truyền hình, chụp ảnh, cơng nghệ thơng tin Những ứng dụng quan trọng cơng ty lớn nhỏ kể hết.Sản xuất trực tiếp từ nhà máy tham quan doanh nghiệp sản xuất, chúng em thấy nhiều khâu tự động hóa trình sản xuất Một khâu đơn giản sản xuất tự động hóa số lượng sản phẩm làm đếm cách tự động Vì vậythơng qua việc làm đồ án giúp cho sinh viên có nhìn sâu môn họckĩ thuật xung số này, qua giúp cho học sinh – sinh viên đánh giá khả tích luỹ kiến thức mơn học đồng thời biết cách vận dụng môn học vào thực tế Dù em cố gắng không tránh khỏi hạn chế thiếu xót thiếu kinh nghiệm kiến thức chuyên môn ,em mong giá quý thầy cô bạn bè,để đồ án hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chung Hiện thời đại khoa học phát triển, nhà máy xí nghiệp sản xuất sản phẩm băng truyên đại , sản phẩm sản xuất nhanh nhiều việc để xem có sản phẩm hoàn tất xuất từ băng chuyền cuối người cơng nhân khó thực xác Vì mạch đếm sản phẩm giúp ta kiểm soát sản lượng cho băng chuyền Mục đích mạch đếm sản phẩm giúp cho nhà máy cơng ty xí nghiệp đếm số lượng sản phẩm nhà máy tạo cách đơn giản xác mà khơng tốn nhiều công sức lao động cụa công nhân Yêu cầu mạch đếm sản phẩm phải chạy cách xác ổn định gọn nhẹ dễ lắp đặt, dễ sủa chữa tiết kiệm tiền Dựa vào yếu tố nhóm chũng em định thiết kế “MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM” cho dây truyền đếm sản phẩm 1.2 Ý tưởng thực Từ thực tế, chúng em thấy nhiều mạch đếm ứng dụng Tuy nhiên doanh nghiệp vừa nhỏ việc tự động hóa hồn tồn chưa áp dụng mà sử dụng nhân cơng Từ điều thấy khả chúng em, chúng em muốn làm điều 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 đảm bảo độ xác cao Đối với xí nghiệp vừa nhỏ để đẩy nhanh khâu kiểm hàng hoá dây truyền sản phẩm Vậy nên chúng em định thiết kế chế tạo “Mạch đếm sản phẩm” ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1.3 Ứng dụng mạch Đếm số lượng sản phẩm cách tự động, hiển thị LED Mạch đếm sử dụng cơng ty , xí nghiệp , nhà máy Một số hình ảnh thực tế: Hình 1.1 Module cảm biến dùng led thu phát Hình1.2 Hình ảnh thực tế ứng dụng sản xuất ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Điện trở 2.1.1 Khái niệm Điện trở hay Resistor linh kiện điện tử thụ động mạch điện, hiệu điện hai đầu tỉ lệ với cường độ dịng điện qua theo định luật ohm: U=IR 2.1.2 Kí hiệu Theo hai tiêu chuẩn US EU Hình 2.1 Kí hiệu điện trở 2.1.3 Hình dạng thực tế Hình 2.2 Hình dạng thực tế điện trở 2.2 Led phát Led thu hồng ngoại 2.2.1 Khái niệm Led thu phát hồng ngoại loại bóng led có khả thu phát ánh sáng hồng ngoại – loại ánh sáng nhìn thấy mắt thường có bước sóng nằm vùng ánh sáng khơng nhìn thấy ĐỒ ÁN MƠN HỌC 2.2.2 Kí hiệu hình ảnh thực tế a) Kí hiệu Hình 2.3 Kí hiệu led phát led thu hồng ngoại b) Hình ảnh thực tế Hình 2.4 Hình ảnh thực tế led phát led thu hồng ngoại 2.2.3 Tính chất led phát led thu hồng ngoại Led thu phát hồng ngoại sử dụng điôt loại chất bán dẫn đơn giản tương tự bóng đèn led thơng thường Điơt thiết kế cho phép dòng điện chạy theo hướng Khi dòng điện chạy, electron rơi từ điôt làm lượng dạng photon tạo ánh sáng, sau rơi vào lỗ phần khác Đèn led thu phát hồng ngoại sử dụng vật liệu tạo ánh sáng nằm phần hồng ngoại quang phổ ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2.6.3 Cấu tạo nút ấn Nút nhấn gồm hệ thống xo, hệ thống tiếp điểm thưởng hội - thường đông vỏ bảo vệ Khi tác động lúc vào nút nhân, tiếp điểm chuyển trạng thái Khi khơng cịn tác động, tiếp điểm giữ ngun trạng thái ban đầu 2.6.4 Nguyên lý hoạt động Nút nhấn chia làm ba phần Bộ phận truyền động, tiếp điểm có định rãnh Bộ truyền động truyền lực qua tồn cơng tác vào xy lanh mỏng phía Bên tiếp diễm động xa Khi án nút, hồ chạm vào tiếp điểm tính làm thay đổi trạng thái Một kiểu thiết kế khác, đòi hỏi người dùng phải giữ nhân liên tục vào núi nhân để thiết bị hoạt động 2.7 IC 7408 2.7.1 Khái niệm IC 7408 loại IC cổng AND đầu vào biểu thị cho hàm nhân nghĩa đầu vào mức cao đầu tương ứng mức cao Một hai đầu vào mứcthấp đầu tương ứng mức thấp 2.7.2 Kí hiệu, sơ đồ chân hình dạng thực tế a) Kí hiệu Hình 2.18 Kí hiệu IC 7408 20 ĐỒ ÁN MÔN HỌC b) Sơ đồ chân IC 7408 Hình 2.19 Sơ đồ chân IC 7408 • Cấu tạo chân • Chân 1, đầu vào, chân đầu tương ứng cổng thứ • Chân 4, đầu vào, chân đầu tương ứng cổng thứ hai • Chân 9, 10 đầu vào, chân đầu tương ứng cổng thứ ba • Chân 12, 13 đầu vào, chân 11 đầu tương ứng cổng thứ tư • Chân nối mass chân 14 lên dương nguồn 21 ĐỒ ÁN MƠN HỌC c) Hình dạng thực tế IC 7408 Hình 2.20 Hình ảnh thực tế IC 7408 2.8 IC 74HC14 2.8.1 Khái niệm IC 74HC14 loại ic chuyển mạch trigger, tức chuyển trạng thái điện áp vượt ngưỡng điện áp cho phép Bản chất bên IC 74HC14 có opamp mắc sẵn theo kiểu Schmitt trigger với mục đích lọc nhiễu tín hiệu đầu vào 2.8.2 Kí hiệu, sơ đồ chân hình dạng thực tế IC 74HC14 a) Kí hiệu Hình 2.21 Kí hiệu IC 74HC14 22 ĐỒ ÁN MÔN HỌC b) Sơ đồ chân IC 74HC14 Hình 2.22 Sơ đồ chân IC 74HC14 c) Hình dạng thực tế IC 74HC14 Hình 2.23 Hình dạng thực tế IC 74HC14 2.8.3 Nguyên lý hoạt động 7414 IC đc sử dụng rộng vào nhiều mục đích : Tạo xung vng, chốt, đảo trạng thái xung Schmitt-Trggers inverters có nghĩa IC 7414 biến xung khơng vng thành xung vng Nghĩa tín hiệu vào bị nhiễu chưa “vng”nên gây việc đọc sai số xung vi điều khiển Chính qua mạch đảo tín hiệu xung tín hiệu “vng ” tạo điều kiện thuận lợi cho vi điều khiển xử 23 ĐỒ ÁN MƠN HỌC CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MẠCH 3.1 Thiết kế sơ đồ khối toàn mạch Hinh 3.1 Sơ đồ khối Mạch bảo vệ điện áp gồm khối chính: + Khối 1: Khối nguồn: Sử dụng nguồn ADAPTER 5V + Khối 2: Khối tạo xung: Led phát, Led thu, điện trở 220, IC 74HC14 + Khối 3: Khối đếm: IC 74LS90, IC 7447, IC 7408, nút nhấn, điện trở 1k + Khối 4: Khối hiển thị: Led 3.2 Thiết kế mạch nguyên lý 3.2.1 Mạch nguồn Sử dụng nguồn ADAPTER 5V cấp cho mạch 3.2.2 Mạch tạo xung a) Sơ đồ nguyên lý 24 ĐỒ ÁN MÔN HỌC Hình 3.2 Mạch nguyên lý mạch tạo xung b) Nguyên lý hoạt động Khi led phát chiếu tới led thu led thu dẫn, điện áp 0, mức thấp Khi có chắn ngang led phát khơng chiếu tới Led thu Led thu khơng phân cực điện áp mức cao Vcc 3.2.3 Mạch đếm a) Sơ đồ nguyên lý 25 ĐỒ ÁN MƠN HỌC Hình 3.3 Sơ đồ ngun lý khối đếm b) Nguyên lý Khi chân 14 IC7490 nhận xung từ đầu IC7414 khối tạo xung ,tức có xung kích cạnh lên lúc IC7490 nhận xung tín hiệu ngõ A=1,B=0,C=O,D=O.Các tín hiệu dạng số qua IC giải mã hiển thị thành số 1,như có xung kích hay sản phẩm qua led hiển thị tăng dần lên 26 ĐỒ ÁN MÔN HỌC Khi hành đơn vị đếm số có thêm xung cờ báo tràn chân 14 mức cao đồng thời reset led hàng đơn vị từ số số lúc có thêm xung led hàng chục tăng lên hàng đơn vị tăng đến hàng chục lại tăng thêm chân 14 hàng chục nối với chân 11 hàng đơn vị Tương tự đếm đến hàng trăm Khi mạch đếm đến 900 lúc đầu IC 7408 mức cao đưa vào chân Reset R0(1), R0(2) nhận tín hiệu cao làm toàn mạch Reset trạng thái 0000 3.2.4 Mạch hiển thị Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị Khi giải mã xong tín hiệu hiển thị lên led 001 giữ nguyên trạng thái có sản phẩm qua nhảy trạng thái 002 Cứ có sản phẩm hoạt động 3.2.5 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch a) Sơ đồ nguyên lý tồn mạch 27 ĐỒ ÁN MƠN HỌC Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch b) Nguyên lý hoạt động tồn mạch - Khi khơng có tín hiệu qua: + Led phát thu hoạt động bình thường cấp nguồn 5V Led phát phát để led thu nhận tín hiệu led thu nhận tín hiệu điện trở led thu giảm dần nên dòng điện thẳng xuống mass + Đầu vào cổng NOT mức thấp, qua cổng NOT mức cao tín hiệu vào IC 7490 xung mức cao nên IC lúc không đếm, khơng có tín hiệu cho IC7447 nên khơng thị Led - Khi có tín hiệu sản phẩm qua: + Tín hiệu che Led thu, led thu khơng nhận tín hiệu từ led phát điện trở led thu lớn + Đầu vào cổng NOT mức cao qua cổng NOT đảo thành mức thấp chân 14 IC 7490 tích hợp mức thấp lên nhảy trạng thái từ mã hóa lúc có đầu 0001 Đầu vào giải mã 28 ĐỒ ÁN MÔN HỌC + Khi giải mã xong tín hiệu hiển thị lên led 001 giữ nguyên trang thái có sản phẩm qua nhảy trạng thái 002 Cứ có sản phẩm hoạt động + Khi đếm đủ sản phẩm 000-899, Chân IC 7490 IC7408 kích xung mức cao làm cho IC7490 reset lại, mạch đếm lại tuần hoàn đến ngắt nguồn 29 ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3.3 Thi cơng 3.3.1 Thiết kế mạch in Hình 3.6 Sơ đồ mạch in 3.3.2 Thi công mạch in - Chuẩn bị: phíp đồng, dung dịch ăn mịn, mỏ hàn, thiếc, linh kiện điện tử cần thiết, khoan - Các bước làm mạch in: + Sau có sơ đồ mạch in ta tiến hành in sơ đồ mạch giấy + Áp sơ đồ mạch in giấy lên phíp đồng cố định lại + Dùng bàn nhiệt lên mặt giấy mực giấy dính hết vào mặt phíp đồng ( khoảng từ 10-15 phút) 30 ĐỒ ÁN MÔN HỌC + Sau mực dính hết vào mặt phíp đồng ta tiến hành bóc lớp giấy khỏi mặt phíp đồng ngâm phíp đồng vào dung dịch ăn mịn + Q trình ăn mịn diễn khoảng từ 15-20 phút + Sau ăn mòn xong ta thu mạch in vị trí bị mực dính vào khơng bị ăn mịn + Kiểm tra vị trí mạch xem có bị đứt mạch hay khơng + Khoan lỗ để cắm chân linh kiện (tùy thuộc kích cỡ chân linh kiện mà ta chọn cỡ mũi khoan) + Sau khoan hết lỗ tiến hành hàn linh kiện 3.3.3 Mơ hình sản phẩm Hình 3.7 Hình ảnh sản phẩm thực tế 31 ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHƯƠNG KẾT LUẬN 4.1 Kết luận Khi nghiên cứu đề tài chúng em muốn phát huy thành ứng dụng kỹ thuật số nhằm tạo sản phẩm, thiết bị tiên tiến đạt hiệu cao sống Ngoài trình nghiên cứu thực đề tài hội để kiểm tra lại kiến thức học trường đồng thời phát huy tính sáng tạo khả giải vấn đề theo yêu cầu đặt Trong đồ án chúng em thức mạch đếm sản phẩm dây truyền phương pháp đếm tín hiệu Như tín hiệu qua phải có thiết bị cần nhận tín hiệu thiết bị gọi cảm biến (led thu phát) Khi có tín hiệu qua cảm biến nhận tạo thành xung điện đưa khối xử lý để tăng dần số đếm Tại thời điểm tức thời đê xác định số đếm cần phải có hiển thị led 4.2 Hướng phát triển Hướng phát triển đồ án:ứng dụng mạch xuất nhiều cơng ty có quy mô lớn, vừa nhỏ, phổ biến rộng rãi, ứng dụng cá siêu thị để đếm lượng hàng hóa mặt hàng… Em tiếp tục nghiên cứu thêm đề tài để tối ưu hiệu đề tài áp dụng vào thực tế cách hiệu Trong trình thực đồ án chúng em nhiều giúp đỡ thầy cô khoa điện – điện tử đặc biệt thầy Đào Minh Tuấn tận tình hướng dẫn chúng em suốt trình thực đồ án Do kiến thức hạn hẹp lên q trình thực đồ án chúng em cịn gặp nhiều sai xót, mong q thầy hội đồng khảo thí bỏ qua có hướng giúp đỡ chúng em hồn chỉnh đồ án Đồng thời thời gian làm đồ án chúng em rút nhiều kinh nghiệm cho thân, nhờ dạy nhiệt tình thấy góp ý bạn 32 ĐỒ ÁN MÔN HỌC Sau lần chúng em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn thầy cô giáo khoa bạn giúp em hoàn thành đồ án Chúng em xin chân thành cảm ơn ! 33 ĐỒ ÁN MÔN HỌC Tài Liệu Tham Khảo [1] PGS.TS Nguyễn Quốc Trung, ThS Bùi Kim Thoa – Kỹ thuật số - NXB Giáo Dục Việt Nam – 2011 [2] TS Phạm Ngọc Thắng, ThS Nguyễn Thành Long – Điện tử – NXB Giáo Dục Việt Nam – 2013 34 ... hoá dây truyền sản phẩm Vậy nên chúng em định thiết kế chế tạo ? ?Mạch đếm sản phẩm? ?? ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1.3 Ứng dụng mạch Đếm số lượng sản phẩm cách tự động, hiển thị LED Mạch đếm sử dụng cơng ty ,... dụng làm camera hồng ngoại - Làm điều khiển từ xa cho TV thiết bị điện - Làm cảm biến phát hiện, đếm số lượng sản phẩm dây chuyền sản xuất - Sử dụng thiết bị bảo vệ an ninh 2.3 IC đếm 74LS90 2.3.1... máy xí nghiệp sản xuất sản phẩm băng truyên đại , sản phẩm sản xuất nhanh nhiều việc để xem có sản phẩm hoàn tất xuất từ băng chuyền cuối người cơng nhân khó thực xác Vì mạch đếm sản phẩm giúp ta
