tìm hiểu về công nghệ điều khiển trong các bãi đỗ xe tự động

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ ĐIỀU KHIỂN BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG 1.1. MỞ ĐẦU Hiện nay, các bãi đỗ xe công cộng nhu ở các khu phố, khu chung cư, hội chợ...việc quản lý gặp nhiều khó khăn. Số lượng xe vào và xe ra là ngẫu nhiên, có lúc nhiều xe, có lúc ít xe, nhiều khi lại ách tắc quá tải. Công việc quản lý tưởng chừng như đơn giản song lại tốn nhiều nhân lực: người thì bán vé, người thu vé người thì phải thường xuyên giám sát số lượng xe có trong bãi...bên cạnh đó việc kiểm soát vé là cũng khó khăn.

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹthuật điện tử mà trong đó là kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnhvực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin….do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm gópphần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự pháttriển kỹ thuật điện tử nói riêng.

Áp dụng những thành tựu khoa học ta có thể sử dụng các phương tiệnhoàn toàn tự động để điều khiển bãi đỗ xe tự động, không những giảm đượcnhân lực , đáp ứng được kinh tế mà còn có thể kiểm soát được số lượng vé trongngày, tháng quý

Trong giới hạn đề tài em chỉ thiết kế hệ thống điều khiển bãi đỗ xe vớiviệc đếm số lượng xe ra vào hay quản lý số chỗ đỗ xe, số xe có trong bãi và điềukhiển thanh chắn ra vào.

Để thực hiện được điều đó cần phải thiết kế hai phần chính sau: bộ phậncảm biến và bộ phận đếm.

* Bộ phận cảm biến: gồm phần phát và phần thu Thông thường người ta

sử dụng phần phát là led hồng ngoại để phát ra ánh sáng hồng ngoại mục đích để

chống nhiễu so với các loại ánh sáng khác, còn phần thu là transistor quang đểthu ánh sáng hồng ngoại.

* Bộ phận đếm: có nhiều phương pháp thực thi đó la

-Lắp mạch dùng kỹ thuật số với các IC đếm, chốt, so sánh ghép lại -Lắp mạch dùng kỹ thuật vi xử lí

-Lắp mạch dùng kỹ thuật vi điều khiển

1.2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ1.2.1 Với mạch đếm sản phẩm dùng IC rời

 Ưu điểm:

-Cho phép tăng hiệu suất lao động-Đảm bảo độ chính xác cao

-Tần số đáp ứng của mạch nhanh, cho phép đếm với tần số cao

-Khoảng cách đặt phần phát và phần thu xa nhau cho phép đếm những sảnphẩm lớn.

-Tổn hao công suất bé, mạch có thể sử dụng pin hoặc accu-Khả năng đếm rộng

-Giá thành hạ

-Mạch đơn giản dễ thực hiện

Với việc sử dụng kỹ thuật số khó có thể đáp ứng được việc thay đổi sốđếm Muốn thay đổi một yêu cầu nào đó của mạch thì buộc lòng phải thay đổiphần cứng Do đó mỗi lần phải lắp lại mạch dẫn đến tốn kém về kinh tế mànhiều khi yêu cầu đó không thực hiện được bằng phương pháp này.

Với sự phát triển mạnh của nghành kỹ thuật số đặc biệt là cho ra đời cáchọ vi xử lí và vi điều khiển rất đa chức năng do đó việc dùng kỹ thuật vi xử lí,kỹ thuật vi điều khiển đã giải quyết những bế tắc và kinh tế hơn mà phươngpháp dùng IC rời kết nối lại không thực hiện được.

1.2.2 Với mạch đếm sản phẩm dùng kỹ thuật vi xử lí

Ngoài những ưu điểm như đã liệt kê trong phương pháp dùng IC rời thìmạch đếm sản phẩm dùng kỹ thuật vi xử lí còn có những ưu điểm sau:

-Mạch có thể thay đổi số đếm một cách linh hoạt bằng việc thay đổi phầnmềm, trong khi đó phần cứng không cần thay đổi mà mạch dùng IC rời khôngthể thực hiện được mà nếu có thể thực hiện được thì cũng cứng nhắc mà ngườicông nhân cũng khó tiếp cận, dễ nhầm.

- Số linh kiện sử dụng trong mạch ít hơn.

-Mạch đơn giản hơn so với mạch đếm sản phẩm dùng IC rời và có phầncài đặt số đếm ban đầu

-Mạch có thể lưu lại số liệu của các ca sản xuất

-Mạch có thể điều khiển đếm được nhiều dây chuyền sản xuất cùng lúcbằng phần mềm

-Mạch cũng có thể kết nối giao tiếp được với máy tính thích hợp cho nhữngngười quản lí tại phòng kỹ thuật nắm bắt được tình hình sản xuất qua mànhình của máy vi tính.

Nhưng trong thiết kế người ta thường chọn phương pháp tối ưu nhưng kinhtế do đó chúng em chọn phương pháp đếm sản phẩm dùng kỹ thuật vi điều khiển

1.2.3 Phương pháp đếm sản phẩm dùng vi điều khiển

Ngoài những ưu điểm có được của hai phương pháp trên, phương pháp nàycòn có những ưu điểm :

-Trong mạch có thể sử dụng ngay bộ nhớ trong đối với những chương trìnhcó quy mô nhỏ, rất tiện lợi mà vi xử lí không thực hiện được.

-Nó có thể giao tiếp nối tiếp trực tiếp với máy tính mà vi xử lí cũng giaotiếp được với máy tính nhưng là giao tiếp song song nên cần có linh kiệnchuyển đổi dữ liệu từ song song sang nối tiếp để giao tiếp với máy tính.

1.3 MỤC ĐÍCH YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI

Trong bài tập này em thực hiện mạch đếm số lượng xe ra vào bằng phươngpháp đếm xung Như vậy mỗi xe đi qua cửa phải có một thiết bị để cảm nhận xera vào, thiết bị này gọi là cảm biến Khi một xe đi qua cảm biến sẽ nhận và tạo

ra một xung điện đưa về khối xử lí để tăng dần số đếm hoặc giảm dần số đếm.Tại một thời điểm tức thời, để xác định được số đếm cần phải có bộ phận hiểnthị Tuy nhiên mỗi bãi đỗ xe lại yêu cầu với số đếm khác nhau vì thế phải có sựlinh hoạt trong việc chuyển đổi số đếm Bộ phận chuyển đổi trực quan nhất làbàn phím Khi cần thay đổi số đếm người sử dụng chỉ cần nhập số đếm ban đầuvào và mạch sẽ tự động đếm Khi số xe được đếm bằng với số đếm ban đầu thìmạch sẽ tự động dừng Từ đây suy ra mục đích yêu cầu của đề tài:

-Số đếm phải chính xác, và thay đổi việc cài đặt số đếm ban đầu một cáchlinh hoạt

-Bộ phận hiển thị phải rõ ràng ( led 7 vạch)

-Mạch điện không quá phức tạp, bảo đảm được sự an toàn, dễ sử dụng.-Giá thành không quá đắt

đối tượng và đưa ra các lệnh điều khiển tới khối chấp hành.

- Khối hiển thị: Khối hiện thị có nhiệm vụ hiển thị trạng thái của hệ thống (led7 vạch).

2.1.1 Khối cảm biến

A Hệ thống phát hồng ngoại

Để có thể nhận biết được sản phẩm có rất nhiều phương pháp như siêu âm,laser hay hồng ngoại mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng Với ưu điểmgiá thành và dễ dàng thiết kế và thi công phương pháp cảm biến bằng hồngngoại được chọn Tuy nhiên phương pháp này cho ta độ ổn định và tin cậykhông cao.

Với hồng ngoại có rất nhiều cách có thể được sử dụng để cảm biến Với cácsản phẩm có độ bóng cao có thể ứng dụng đặc tính phản xạ của hồng ngoại để

KHỐI XỬ LÝ

KHỐI HIỂN THỊ

Chấp hành

cảm biến, bằng phương phỏp này chỳng ta sẽ bố trớ cặp thu phỏt ở cựng mộtphớa, rất dễ cho lắp đặt, nhưng với cỏc sản phẩm cú độ phản xạ khụng cao thi tasẽ bố trớ cặp thu phỏt ở hai phớa, phương phỏp này cho chỳng ta độ tin cậy caohơn tuy nhiờn khi lắp đặt thiết bị sẽ phức tạp hơn.

H2.1: Mạch tạo dao động

Hoạt động của mạch điện này nh sau:

Ngay khi cung cấp điện lần đầu cho mạch này, điện áp trên tụ C1 bằng 0Vnên mạch ở trạng thái ban đầu nh sau: R = 0, S = 1  Q của FF ở mức logic cao Q bù của FF ở mức logic thấp (0V) dẫn đến T1 tắt mức điện áp ra ở chân 3 ởmức cao Tụ C1 bắt đầu nạp điện qua điện trở R1, R2 cho đến khi điện áp trênC1 tăng đến trị số 2/3Vcc ( lúc điện áp trên tụ C1 tăng quá Vcc/3, mạch so sánh2 đổi trạng thái R = S = 0 nên FF vẫn giữ nguyên trạng thái cũ chân 3 vẫn ở mứccao) ở thời điểm này mạch so sánh 1 đổi trạng thái nên R = 1, S = 0 FF đổi trạngthái tức là Q bù ở mức cao phân cực cho T1 dẫn bão hoà làm cho chân 3 chuyểntrạng thái về mức thấp, tụ C1 phóng điện qua R1, chân 7 và T1cho đến khi điệnáp trên tụ giảm xuống còn 1/3Vcc mạch so sánh 2 đổi trạng thái S = 1, R = 0 Qbù của FF chuyến lên mức điện áp cao T1 tắt tụ C1 lại bắt đầu nạp đến điện áp2/3Vcc Chu trình cứ lặp đi lặp lại tại chân 3 sẽ tạo dao động xung vuông Vì R2rất lớn hơn R1 nên thời gian nạp lớn hơn rất nhiều thời gian phóng nên một chukỳ của bộ định thời t = R2.C1 = 0,01 s Vậy tần số phát là f = 1/t = 100Hz

B Hệ thống thu

Phía thu ta dùng mạch điện như sau:

H2.2: Mạch điện phía thuMạch điện phía thu gồm có ba khối chính như sau:

Khối 1: có nhiệm vụ tạo dao động theo tín hiệu của Diot thu hồng ngoại,

lọc và khuếch đại sơ bộ tín hiệu thu được.

Như vậy khối một sẽ gồm các linh kiện: Diot thu D2, bộ khuếch đại thuậttoán (IC1), tụ C2, C3, điện trở R4, R5.

Trong đó IC1, điện trở R4, tụ C2 đóng vai trò là bộ lọc tích cực thông thấpmột cực dùng hồi tiếp âm

Khối 2: Có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu gồm IC 2 , tụ C4, R6, R7.

Với hệ số khuếch đại tính theo công thức:

Yêu cầu cần hệ số khuếch đại cỡ 150 lần ta chọn R7 = 330K, R6 = 1K, tụ C4 = 1F suy ra Z  2K.

Tín hiệu sau khi được khuếch đại qua tụ nối tầng C5 đưa vào khối 3.

Khối 3: Có nhiệm vụ tách sóng tạo tín hiệu một chiều để đưa vào bộ so sánh

tạo mức điện áp ra một chiều ở mức logic 0, 1 có thể tích hợp với bộ xử lý số.Để thực hiện tách sóng ta dùng một Diot D3 (1N4148) và tụ lọc C6(1F).

u

D4(1n4148), R8(1K), R9(1K) tạo thành một mạch phân áp có nhiệm vụ bù sụtáp tín hiệu xoay chiều được chỉnh lưu bởi D3.

 Hoạt động phát hiện xe ra vào của khối Cảm biến

Trong hệ thống sử dụng 2 bộ thu phát hồng ngoại (bộ 1 và bộ 2) để nhậnbiết sự xuất hiện và chiều di chuyển của xe (đi vào hay đi ra) Căn cứ vào thứ tựchắn các đèn hồng ngoại mà ta có thể kết luận rằng xe đó đi vào hay đi ra

Đầu thu 1 Đầu phát 2

Ra

transitor, bằng mạch SN7400hay SN7406) hoặc các mạch điều khiển đèn LED 7nét chuyên dụng ( như SN7447) để đảm bảo đưa ra được tín hiệu với công suấtnhất định cần thiết cho đèn LED.

 Ghép nối có SN7447 - LED 7 nét ở chế độ tĩnh

Một trong các phối ghép giữa vi xử lý và đèn LED 7 nét thường thấy làdùng mạch SN7447 để giải mã số BCD ra 7 nét Đây là kiểu điều khiển đènLED ở chế độ hiển thị tĩnh với đặc điểm là khá đơn giản về kết cấu nhưng lại rấttốn năng lượng: để thắp sáng các nét của đèn LED thì phải có dòng điện liên tụcđi qua.

H2.4: Phối ghép vi xử lý với LED 7 nét thông qua mạch SN7447.

Ta có thể tính sơ bộ để có thể thấy sự tiêu tốn năng lượng của việc hiểnthị theo cách này Một đèn LED 7 nét tiêu tốn năng lượng nhiều nhất khi nó phảihiện ra số 8 và lúc này nó tiêu thụ doing điện khoảng 140 mA (khoảng20mA/nét tuỳ theo chủng loại0 Bản than một mạch SN7447 khi hoạt đọng cũngtiêu thụ doing điện khoảng 14mA Nếu tadùng đèn LED này để hiển thị 8 chử số(địa chỉ và dữ liệu) thì riêng mạch chỉ thị ta phải cung cấp khoảng 1.5mA.

 CPU 7447 - LED 7 nét ở chế độ động - dồn kênh

a B bB c

C ’47 d

D eLT fRBI BI g 8051

MAN7 a f b g e c d 150 

P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WRP3.5/T11615P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A12 25P2.5/A1326P2.6/A1427

QE 9RBI

H2.5: Phối ghép led 7 vạch với SN7447 chế độ động

Để khắc phục nhược điểm của mạch phối ghép hiển thị tĩnh như đã đượcnêu ở trên, người ta thường sử dụng mạch phối ghép hiển thị động làm việc theonguyên tắc dồn kênh: toàn bộ cá đèn hiển thị dùng chung một bộ điều khiểnSN7447 và các đèn LED không được thắp sáng liên tục mà luân phiên nhausáng theo một chu kỳ nhất định Công suất tiêu thụ nhờ thế mà giảm đi rất nhiềumà vẫn đạt được hiệu quả hiển thị.

Nguyên tắc hoạt động

Giá trị số cần hiển thị của mỗi con số được gửi đến cổng P2 từ CPU dướidạng mã BCD Từ đây BCD được mạch SN7447 giải mã và tạo ra các tín hiệuđiều khiển thích hợp đưa đến các chân catốt a.b, g của LED Mỗi giá trị cầnhiển thị được đưa đến cổng P2cứ mỗi 2ms một lần cho một đèn.

Giá trị số nói trên được hiện ra trên chử số thập phân nào lại là do các bitcủa byte dữ liệu từ CPU đưa đến cổng PA của mạch 8255A quyết định.

Như vậy cứ mỗi 2ms thì ta phải đưa dữ liệu ra PB rồi PA và cho hiện ramột giá trị số trên một đèn Nếu cả thảy có 8 LED 7 nét thì ta mất 16ms để chohiện số ra cả dãy đèn Quá trình trên lặp đi lặp lại làm cho ta có cảm giác là đènsáng liên tục mặc dù trong thực tế chúng được điều khiển để sáng không liêntục.

Một phương pháp phối ghép giống như trên nhưng không dùng mạch giảimã SN7447 cũng rất hay được sử dụng Thay vì mạch SN7447 như trên, tại đâyta dùng một bộ khuếch đại đệm chỉ để nâng cao khả năng tải của cổng PB Vì

thế trong trường hợp này CPU phải đưa đến PB không phải là 4 bit mã BCD củagiá trị số hiển thị mà là các mẫu 7 bit để làm sáng các nét tương ứng với giá trịsố đó Như vậy CPU phải để thì giờ để chuyển đổi từ giá trị số hệ 16 sang mẫubit dành cho các nét của LED.

2.1.3 Khối chấp hành

Đầu vào : Lấy từ 89C51.Đầu ra : Nối với động cơ. Nhiệm vụ khối chấp hành:

Khối này nhận tín hiệu điều khiển từ 89C51 để điều khiển chiều quayđộng cơ (chiều dịch chuyển của thanh chắn).

Sơ đồ khối.

Sơ đồ mạch điều khiển chiều quay động cơ.

H2.6: Sơ đồ mạch điều khiển động cơ truyền động thanh chắn Nguyên lý hoạt động :

Đầu A, B lấy tín hiệu từ 89C51

VI ĐIỀU KHIỂN

Điều khiển chiều quay

+Khi A=1, B=0 , thì đầu ra của mạch điều khiển sẽ đặt lên động cơ mộtđiện áp 1 chiều 7V  Làm động cơ quay theo 1 chiều nhất định.

+Khi A=0, B=1 , thì đầu ra của mạch điều khiển sẽ đặt lên động cơ mộtđiện áp 1 chiều 7V ngược cực tính với trường hợp trước  Làm động cơ quaytheo chiều ngược với trường hợp trước.

Như vậy, với việc điều khiển mức tín hiệu ra của vi điều khiển ta đã điềukhiển được chiều quay của động cơ theo ý muốn.

Động cơ được lựa chọn trong mạch ứng dụng này là động cơ 1 chiều Độngcơ quay khi điện áp đặt vào nó từ 5V-12V Chiều quay của động cơ thay đổi khiđổi vị trí 2 cực điện áp đặt vào.

P0.0/AD039P0.1/AD1 38P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD4 35P0.5/AD534P0.6/AD6 33P0.7/AD732

P3.0/RXD 10P3.1/TXD11P3.2/INT0 12P3.3/INT113P3.4/T0 14P3.7/RD 17P3.6/WR 16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A9 22P2.2/A10 23P2.3/A1124P2.4/A12 25P2.5/A1326P2.6/A14 27

 Mạch Reset.

Trong ứng dụng này chúng em thực hiện cơ chế Reset nguồn, tức là khi cấpnguồn cho hệ thống vi điều khiển sẽ được Reset để chuẩn hoá hoạt động MạchReset thực hiện thông qua mạch RC, khi cấp nguồn, sẽ có xung mức cao đưavào chân RS của 89C51 trong hơn 2 chu kỳ máy khi đó vi điều khiển Reset hoạtđộng.

 Nhận dữ liệu vào từ khối cảm biến.

Khối cảm biến có 2 bộ thu phát tín hiệu hồng ngoại làm nhiệm vụ phát hiệnđối tượng Hai đầu báo hiệu của 2 bộ thu phát được đưa vào vi điều khiển (ChânP3.0 và chân P3.1) Như đã trình bày ở trên đối đi vào hay đi ra theo 2 chu trìnhkhác nhau, nhờ đó mà phân biệt được Sau khi được nối với vi điều khiển, cácthông tin về 2 quá trình này được đưa vào khối xử lý nhận biết và ra quyết địnhcho khối chấp hành.

 Kết nối với khối hiển thị.

Dùng Port 2 (8 bit )của 89C51 để xuất dữ liệu cần hiển thị Dữ liệu cần hiểnthị chính là số vị trí còn trống trong bãi đỗ Đây là 8 bit nhị phân sau đó đượcgiải mã thành BCD rồi đưa ra khối hiển thị.

 Kết nối với khối chấp hành:

Dùng 2 chân của 89C51 để điều khiển khối chấp hành (điều chỉnh chiều quayđộng cơ).

Khi có xe qua cửa hai bit này sẽ nhận các giá trị 0 1 khác nhau qua đó đưalên hoặc hạ xuống thanh chắn.

 Kết nối với bàn phím

Vì đây là mạch đếm số lượng vị trí còn trống trong bãi đỗ xe thông qua sốlượng xe ra vào nên ta cần phải cài đặt số lượng ban đầu cho thiết bị Hơn nữamỗi bãi đỗ xe lại có khả năng chứa khác nhau nên vì vậy việc cập nhật giá trị

ban đầu cho bộ đếm là rất cần thiết Ứng với 4led cho phép ta hiển thị tối đa9999 vì vậy có thể nhập vào số đếm trong phạm vi từ 0 đến tối đa 9999, do đótrong mạch sử dụng 10 phím số từ 0 đến 9 Và mỗi lần nhập số vào để nhận biếtlà nhập mấy số hoặc đã nhập xong và muốn biết cho phép đếm chưa hoặc hủybỏ số vừa nhập phải cần sử dụng thêm các phím chức năng, nên em dùng thêm 6phím chức năng từ A đến F Do đó bàn phím gồm 16 phím được kết nối vào port1 của 8051:

Sơ đồ khối kết nối như sau:

H2.8 : Sơ đồ khối kết nối bàn phím

P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD2 37P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD5 34P0.6/AD633P0.7/AD732

P3.0/RXD10P3.1/TXD 11P3.2/INT0 12P3.3/INT113P3.4/T0 14P3.7/RD 17P3.6/WRP3.5/T1 1615P2.7/A15 28P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A10 23P2.3/A1124P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A1427

Lưu đồ thuật toán cho chương trình chính

Có xe qua

Nạp các giá trị ban đầuNhập số liệu từ bàn phím

Hết chỗ để xe

Hiển thị số liêu đã nhập

Nâng thanh chắnGọi chương trình đếm

Chờ xe quaHạ thanh chắn

Kiểm tra chu trình xe ra

Không có xe

Hiển thị

Hạ thanh chắn

Đ