(TIỂU LUẬN) bài tập lớn vi mạch tương tự vi mạch số đề tài thiết kế mạch điều khiển bãi đỗ xe tự động và cảnh báo nhiệt độ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN  BÀI TẬP LỚN Vi mạch tương tự - vi mạch số Đề Tài: Thiết kế mạch điều khiển bãi đỗ xe tự động cảnh báo nhiệt độ Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thu Hà Nhóm thực hành: Nhóm 14- Lớp Tự động hóa – K8 Sinh viên: Mai Công Sơn Vũ Quang Sơn Đặng Văn Tạo Đàm Gia Thành Nguyễn Văn Thành MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Nội dung Yêu cầu Chương 2: Các mạch chức sử dụng hệ thống 2.1 Phân tích u cầu cơng nghệ 2.2 Các linh kiện sử dụng thiết kế 2.3 Mạch đếm 2.4 Mạch dao động CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Sơ đồ khối bố trí linh kiện 3.2 Các linh kiện sử dụng 3.3 Mạch chuẩn hóa cho cảm biến nhiệt độ với dòng điện đầu (020mA) 3.4 Sơ đồ chân, bảng chân lý ứng dụng vi mạch sử dụng 3.5 Chức nhiệm vụ khối 3.6 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển bãi đỗ xe tự đông: 3.7 Nguyên lý hoạt động mạch 3.8 Xây dựng mô phần mềm proteus chạy thử CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN MỞ ĐẦU Ngày phát triển mạnh mẽ khoa học cơng nghệ, sống người có thay dổi ngày tốt hơn, với thiết bị đại phục vụ cơng cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước Đặc biệt góp phần ngành kỹ thuật điện-điện tử góp phần khơng nhỏ nghiệp xây dựng phát triển đất nước Những thiết bị điện, điện tử phát triển mạnh mẽ ứng dụng sống sản xuất Từ thời gian đầu kỹ thuật số cho thấy ứng dụng ưu việt ngày khẳng định thêm Những thành tựu biến tưởng chừng khơng thể thành góp phần nâng cao đơi sống vật chất người Xuât phát từ thực trạng tắc nghẽn giao thong thành phố lớn nước ta giới với gia tăng phương tiện giao thông (đặc biệt ô tô) nhu cầu bãi đỗ xe cho phương tiện giao thông cấp bách Một mặt giảm tắc nghẽn giao thơng, mặt khác cịn đem lại mặt thẩm mỹ cho thành phố đại Với lý đó, nhóm chúng em thiết kế mơ hình bãi đõ xe tự động.sau thời gian học tập giúp đỡ cô giáo môn nỗ lựu than chúng em “thiết kế mạch điều khiển bãi đõ xe tự động ’’ kiến thức kinh nghiệm có hạn nên khơng thể tránh sai xót Chúng em mong giúp đỡ thầy cô giáo môn nhằm phát triển thêm đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Nội dung Thiết kế hệ thống điều khiển bãi đỗ xe tự động gồm: ra/vào cửa có barrie điều khiển động 2,4 cơng tắc hành trình báo đóng hết mở hết, cảm biến phát xe ra/vào, led hiển thị số xe bãi đèn báo còn/hết chỗ, nút ấn start/stop để khởi động dừng hệ thống 1.2 Yêu cầu Khi nhấn nút start đèn d1 sáng báo cịn chỗ.nếu có xe vào cửa (phát cảm biến s1)thì động quay chậm mở barrie1.gặp cơng tắc hành trình CT11 báo mờ hết động dừng.sau 15s đơng quay ngược đóng barrie lại gặp cơng tắc CT12 dừng.với xe vào động cộng thêm vào tổng số xe, số xe có bãi ln hiển thị led Nếu có xe cửa ra(phát cảm biến s2 ) động quay chậm mở barrie 2, gặp cơng tắc CT21 dừng sau 10s sau quay ngược đóng barie 2, gặp cơng tắc hành trình CT22 dừng, xe hệ thống giảm tổng số xe Khi bãi đỗ xe chưa đầy đèn xanh sáng.Khi bãi đỗ xe đầy đèn vàng sang không cho cửa vào mở Khi nhấn stop hệ thống dừng Xây dựng mạch mô phân mềm proteus chạy thử Chương 2: Các mạch chức sử dụng hệ thống 2.1 Phân tích yêu cầu công nghệ  Nếu cảm biến phát hoeenj xe có tín hiệu nâng cổng cổng vào  Khi có đủ số lượng xe(30 chiếc) vơ hiệu cảm biến xe vào  Đèn trang bãi xe bật từ 18h-6h sáng hôn sau hàng ngày  Khi nhiệt độ bãi xe vượt 43 độ C có cịi hiệu đồng thời mở tất vào 2.2 Các linh kiện sử dụng thiết kế IC-74LS192 Chức năng: Mục đích sử dụng: Đếm số xe vào bãi xe đếm lùi thời gian đóng mở barrie IC-74LS85 Mục đích: so sánh số xe bãi với số lượng xe bãi xe chứa để cảnh báo tín hiệu đèn IC-NE555 Mục đích: tạo dao động cung cấp cho cách mạch đếm tiến lùi IC-LM35 Mục đích: đo nhiệt độ môi trường bãi đỗ xe để đưa tín hiệu cảnh báo nhiệt độ tang cao gây nguy hiểm cho cơng trình Motor Mục đích: đóng mở barrie Cổng logic Mục đích: tổng hợp tín hiệu đầu vào thay đổi giữ nguyên tín hiệu đầu Loa Mục đích: cảnh báo có nhiệt độ vượt mức cho phép Chương 3: Thiết kế hệ thống 3.1 Sơ đồ khối bố trí linh kiện KHỐI HỒNG NGOẠI KHỐI ĐIỀU KHIỂN KHỐI NGUỒN KHỐI ĐẾM KHỐI GIẢI Mà KHỐI HIỂN THỊ Sơ đồ khối hệ thống 3.2 Các linh kiện sử dụng STT 7S 7S 74L 74L 741 Ne555 Led-green Led-red And_2 10 Nor 2,3,4 11 LM35 12 LM358 13 Motor 14 Npn 15 Or 16 Relay 17 SW-PDT-MOM 18 Buzzer 19 1N4007 20 Button 21 res 3.3 Mạch chuẩn hóa cho cảm biến nhiệt độ với dịng điện đầu (0-20mA) 3.4 Sơ đồ chân, bảng chân lý ứng dụng vi mạch sử dụng 3.4.1 IC74LS192 Là loại IC tích hợp nhị phân khơng đồng bộ, song song có chức đếm thuận nghịch Đặc biệt đặt trước giá trị đếm với chân điều khiển nạp giá trị Sơ đồ chân: D0>D3: Là tín hiệu đầu vào Q0>Q3: Là tín hiệu đầu TCU, TCD: chân carry, dùng để nối tiếp IC khác UP: Đếm xung đầu vào tăng DN: Đếm xung đầu vào giảm PL: chân Preset (là chân đặt trước giá trị), lên High ko làm gì, Low nhận liệu từ D0 đến D3 làm giá trị đếm (giá trị đặt trước) MR: Master Clear, để lên High reset, Low chạy bình thường Bảng chân lí: Sơ đồ nguyên lý: Sơ đồ nguyên lý: 3.4.3 IC NE555 555 loại linh kiện phổ biến dễ dàng tạo xung vng thay đổi tần số tùy thích, với sơ đồ mạch đơn giản,điều chế độ rộng xung Nó ứng dụng hầu hết vào mạch tạo xung đóng cắt mạch dao động khác Sơ đồ chân: Chân 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC Chân 2(TRIGGER): Đây chân đầu vào thấp điện áp so sánh dùng chân chốt hay ngõ vào tần so áp Chân 3(OUTPUT): Chân chân dùng để lấy tín hiệu logic Chân 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái Chân 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn IC 555 Chân 6(THRESHOLD) : chân đầu vào so sánh điện áp khác dùng chân chốt Chân 7(DISCHAGER) : xem chân khóa điện tử Chân (Vcc): chân cung cấp áp dòng cho IC hoạt động *Thiết kế tính tốn mạch tạo dao động 1Hz C D A B Hình3.5: Mạch tạo dao động Hình 3.6: Dạng xung Cơng thức tính: Tm = ln(2) ( R1 + R2 ) C1 : thời gian điện áp mức cao Ts = ln(2) R2 C1 : thời gian điện áp mức thấp T = Tm + Ts : chu kỳ toàn phần Tần số dao động: 1 f= T = ¿ ¿ Ta chọn C1=100uF, R1=10K, R2=2,2K.Vậy ta có xung với chu kì: T =ln(2) 100 10-6 (10 103 +2 2,2 103)~ 1(s) 3.4.4 LM35 Cảm biến LM35 cảm biến nhiệt mạch tích hợp xác cao mà điện áp đầu tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Chúng không yêu cầu cân chỉnh ngồi vốn chúng cân chỉnh Cảm biến LM35 hoạt động cách cho giá trị hiệu điện định chân Vout (chân giữa) ứng với mức nhiệt độ Thông số kỹ thuật: Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V Điện áp ra: -1V đến 6V Công suất tiêu thụ 60uA Độ phân giải điện áp đầu 10mV/oC Độ xác cao 25 C 0.5 C Trở kháng đầu thấp 0.1 cho 1mA tải Độ xác thực tế: 1/4°C nhiệt độ phịng 3/4°C khoảng -55°C tới 150°C 3.4.5 Cổng logic  Cổng AND Dùng để thực phép nhân logic Kí hiệu: A Y B Hình 3.1: Kí hiệu bảng trạng thái cổng AND Nhận xét: Ngõ cổng logic AND lên mức ngõ vào mức + A,B: ngõ vào tín hiệu logic + 0: mức logic thấp + 1: mức logic cao + Y: đáp ứng ngõ  Cổng NOT Dùng để thực phép đảo logic Ký hiệu A Y Bảng trạng thái A Y 10 Hình 3.2 : Kí hiệu bảng trạng thái cổng NOT Nhận xét: Tín hiệu ngõ ngõ vào ln ngược mức logic  Cổng nor Dùng để thực phép cộng phủ định logic Ký hiệu Bảng chân lý Nhạn xét: tín hiệu ngõ vào có tín hiệu mức có tín hiệu mức  Cổng nand Dùng để thực phép nhân phủ định logic Ký hiệu Bảng chân lý Nhận xét: Khi đầu vào tín hiệu mức đầu tín hiệu mức  Cổng OR Dùng để thực phép cộng logic Ký hiệu Bảng chân lý Nhạn xét: Khi tín hiệu đầu vào chân mức cho tín hiệu mức cịn lại mức 3.5 Chức nhiệm vụ khối 3.5.1 Khối nguồn Tạo dòng điện ổn định cung cấp cho toàn mạch 3.5.2 Khối hồng ngoại Dùng để tạo xung clock có tần số với độ ổn định cấp cho khối điều khiển VCC VCC R4 560 D3 LED PHAT Hình 3.3 Khối hồng ngoại 3.5.3 Khối đếm Nhận xung từ điều khiển đếm lên đếm xuống, đồng thời xuất giá trị chuyển đến khối giải mã Khối đếm có nhiệm vụ hiển thị giá trị từ “15” đến “00”đối với đầu xe vào hiển thị giá trị từ “13” đến “00”đối với đầu xe ra.Khi khối giây đếm đến giá trị “00” ,sau chu kì xung giá trị đếm tự động reset “15” “13”, dừng lại Mạch đếm dây từ 15->00 3.5.4 Khối hiển thị Trong thiết bị để báo trạng thái hoạt động thiết bị cho thong số dãy số đơn , thường người ta sử dụng “ Led đoạn “ Led đoạn sử dụng dãy số khơng địi hỏi phức tạp thị số đủ chẳng hạn led đoạn dung để hiển thị nhiệt độ phòng , đồng hồ treo tường điện tử , hiển thị số lượng sản phẩm cơng đoạn đó… Led đoạn có cấu tạo gồm led đơn xếp ngang có thêm led đơn hình trịn nhỏ bên phải led Led sử dụng led BCD Bảng chân lý 3.6 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển bãi đỗ xe tự đông: 3.7 Nguyên lý hoạt động mạch Nhấn nút start cấp nguồn cho toàn hệ thống mạch điều khiển bãi đỗ xe tự động Khi có xe vào : Trong mạch chúng em thay cảm biến quang nhận biết xe vào nút ấn đơn Khi có xe đầu vào nút ấn thay đổi trạn thái từ mở sang đóng, đồng thời thay đổi mức điện áp từ cao sang thấp Cấp xung vào chân up giải mã 74LS192 lúc giải mã tăng lên giá trị hiển thị qua khối hiển thị gồm led BCD Đồng thời nút nhấn thay đổi trạng thái cấp tín hiệu cho khối xe vào hoạt động Lúc cấp tín hiệu mức thấp cho U26 làm thay đổi trạng thái đầu U26 từ múc sang mức tín hiệu cấp cho khối dao động NE555 U19 qua cổng not đảo tín hiệu sang mức kích mở khối dao động làm cho cho khỗi dao động dùng NE555 bắt đầu tạo xung với tần số gần 1hz cấp cho giải mã gồm IC74LS192 để đếm lùi từ giá trị 15 00 Bên cạnh động quay theo chiều thuận mở barrie đến gặp cơng tắc hành trình CTH1 động dừng Khi thời gian đếm 00 tín hiệu lúc U9 1keets hợp với tín hiệu từ U8 qua cổng and U5 cấp tín hiệu vào chân cổng OR U26 chân lại lấy tín hiệu từ nút bấm, kết hợp giá trị chân truyền tín hiệu đầu U26 tín hiệu cáp cho NE555 U19 qua cổng NOT đảo tín hiệu sang mức thấp khóa U19 led ngừng đếm Tín hiệu mức cao tị đầu U26 cấp cho đầu trở R20 R18 đồng thời kích mở transitor làm thay đổi trạng thái rơle đảo chiều động Động quay theo chiều nghịch đóng barrie đến gặp cơng tắc hành trình CTH2 động dừng Khi có xe ra: Khi có xe đầu nút ấn thay đổi trạn thái từ mở sang đóng, đồng thời thay đổi mức điện áp từ cao sang thấp Cấp xung vào chân DN giải mã 74LS192 lúc giải mã giảm giá trị hiển thị qua khối hiển thị gồm led BCD Đồng thời nút nhấn thay đổi trạng thái cấp tín hiệu cho khối xe hoạt động Lúc cấp tín hiệu mức thấp cho U24 làm thay đổi trạng thái đầu U24 từ múc sang mức tín hiệu cấp cho khối dao động NE555 U22 qua cổng not đảo tín hiệu sang mức kích mở khối dao động làm cho cho khỗi dao động dùng NE555 bắt đầu tạo xung với tần số gần 1hz cấp cho giải mã gồm IC74LS192(U6,U7) để đếm lùi từ giá trị 13 00 Bên cạnh động quay theo chiều thuận mở barrie đến gặp cơng tắc hành trình CTH3 động dừng Khi thời gian đếm 00 tín hiệu lúc U23 két hợp với tín hiệu từ U14 qua cổng and U5 cấp tín hiệu vào chân cổng OR U24 chân cịn lại lấy tín hiệu từ nút bấm, kết hợp giá trị chân truyền tín hiệu đầu U26 tín hiệu cáp cho NE555 U22 qua cổng NOT đảo tín hiệu sang mức thấp khóa U22 led ngừng đếm Tín hiệu mức cao tị đầu U26 cấp cho đầu trở R26 R28 đồng thời kích mở transitor làm thay đổi trạng thái rơle đảo chiều động Động quay theo chiều nghịch đóng barrie đến gặp cơng tắc hành trình CTH4 động dừng 3.8 xây dựng mạch mô proteus chạy thử CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kết luận Qua việc làm đề tài chúng em thu rát nhiều kiến thức nhiều môn học,đây kiến thức tổng hợp môn đo lường cảm biến,truyền động điện…Qua đề tài chúng em biết hiểu số loại cảm biến,IC,động cơ…phổ biến thị trường.Do trình thực đề tài chúng em biết cách tổng hợp vận dụng kiến thức để hồn thành đề tài này.Tuy cịn hạn chế mặt kiến thức nên chúng em mắc nhiều lỗi sai sót,mong cho ý kiến để chúng em hồn thành tốt đề tài sau Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô Nguyễn Thu Hà tận tình giúp đỡ, bảo để giúp chúng em hoàn thành đề tài 4.2 Hướng phát triển Từ hệ thống xây dựng đơn giản,nhưng nguyên tắc bãi đỗ xe thông minh.Từ hệ thống phát triển thành phần hệ thống lớn với bước sốt vé,phân loại xe,tính tiền vé xe…Từ tín hiệu thu từ cảm biến phân tích,điều khiển hệ thống hoạt động ổn định,chính xác,tiết kiệm lượng đồng thời giám sát toàn hệ thống ... nguyên lý hệ thống điều khiển bãi đỗ xe tự đông: 3.7 Nguyên lý hoạt động mạch Nhấn nút start cấp nguồn cho toàn hệ thống mạch điều khiển bãi đỗ xe tự động Khi có xe vào : Trong mạch chúng em thay... thêm đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Nội dung Thiết kế hệ thống điều khiển bãi đỗ xe tự động gồm: ra/vào cửa có barrie điều khiển động 2,4 cơng tắc hành trình báo. .. đại Với lý đó, nhóm chúng em thiết kế mơ hình bãi đõ xe tự động. sau thời gian học tập giúp đỡ cô giáo môn nỗ lựu than chúng em ? ?thiết kế mạch điều khiển bãi đõ xe tự động ’’ kiến thức kinh nghiệm