THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM

MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518 ` BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN MÔN HỌC NGÀNH ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ĐỀ TÀI THIẾT. THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP - ĐỒ ÁN MÔN HỌC NGÀNH ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM GVHD : PHẠM HUỲNH THẾ SVTH: Bùi Xuân Hiếu LỚP: CĐ ĐĐT 20F MSSV:0303201535 SVTH: Nguyễn Tuấn Anh LỚP: CĐ ĐĐT 20F MSSV: 0303201513 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN Họ tên sinh viên1: Bùi Xuân Hiếu Lớp CĐ Đ-ĐT20F MSSV:0303201535 Họ tên sinh viên2: Nguyễn Tuấn Anh Lớp CĐ Đ-ĐT20F MSSV:0303201513 Tên đề tài: Thiết kế mạch đếm sản phẩm sử dụng IC4511 IC4518 Tuần/ngày Tuần Nội dung -Gặp GVHD để nghe phổ biến yêu cầu làm đồ án, tiến hành chọn đồ án - GVHD tiến hành xét duyệt đề tài Tuần Viết tóm tắt yêu cầu đề tài chọn: đề tài làm gì, nội dung thiết kế, thông số giới hạn đề tài Tuần Tiến hành thiết kế sơ đồ khối, giải thích chức khối Tuần Tuần - Tiến hành tính tốn để lựa chọn linh kiện - Thiết kế sơ đồ mạch, giải thích nguyên lý hoạt động mạch - Mô mạch Tuần - Vẽ mạch in (PCB) Tuần - Tiến hành thi công mạch - Kiểm tra mạch thi công - Viết báo cáo nội dung làm Tuần Hoàn thiện báo cáo gởi cho GVHD để xem xét góp ý lần cuối trước in báo cáo Tuần Nộp báo cáo báo cáo đề tài Tuần 10 Làm slide (6-10 cái), báo cáo với GVHD Xác nhận GVHD LỜI CAM ĐOAN Đề tài chúng em thực hướng dẫn thầy Phạm Huỳnh Thế dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Sinh viên thực đồ án Bùi Xuân Hiếu Nguyễn Tuấn Anh LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành tốt Đồ án tốt nghiệp, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến q Thầy Khoa Điện - Điện Tử nói chung thầy cô môn Điện Tử Công nói riêng truyền đạt cho chúng em kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt trình học tập Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Phạm Huỳnh Thế Giảng viên Bộ môn Điện Tử Công Nghiệp trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ, tạo điều kiện để chúng em hoàn thành tốt đề tài Với lượng kiến thức kinh nghiệm hạn chế, đồ án nhóm em khơng thể tránh thiếu sót Rất mong nhận bảo, đóng góp ý kiến thầy để nhóm thực khắc phục, nâng cao kiến thức để thực tốt cho đồ án tốt nghiệp tới Sinh viên thực đồ án Bùi Xuân Hiếu Nguyễn Tuấn Anh NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Về tinh thần thái độ làm việc sinh viên: Kết đạt đồ án: Những hạn chết đồ án: TP, HCM ngày… tháng … năm 2022 Giáo viên hướng dẫn (GV ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 1.2 1.3 1.4 Mục tiêu đề tài Phương pháp nghiên cứu Đặt vấn đề .1 Ưu nhược điểm mạch Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Nguyên lý hoạt động .2 2.2 Các loại linh kiện .2 2.2.1 IC 4093 2.2.2 IC 4511 2.2.3 IC 4518 2.2.4 Diode quang 2.2.5 Led phát hồng ngoại .9 Chương 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 3.1 Sơ đồ khối chức 10 3.1.1 Khối cảm biến 10 3.1.2 Khối đếm 10 3.1.3 Khối giải mã 11 3.1.4 Khối hiển thị 11 3.2Mô mạch 11 3.3 Tính tốn lựa chọn linh kiện .11 3.4 Nguyên lý hoạt động mạch .13 3.5 Vẽ mạch in (PCB) 13 Chương 4: KẾT QUẢ GHI NHẬN 14 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Sơ đồ chân IC4093 Hình 2.2 Sơ đồ chân IC 4511 Hình 2.3 Sơ đồ chân IC 4518 Hình 2.4 Diode quang Hình 2.5 Led thu hồng ngoại .9 Hình 3.1 Sơ đồ khối .10 Hình 3.2 Sơ đồ mạch in .13 Hình 4.1 Mặt trước mạch .14 Hình 4.2 Mặt sau mạch 14 MỤC LỤC BẢNG Bảng 2.1 Thông tin chân IC4093 Bảng 2.2 Thông tin chân IC4511 Bảng 2.3 Thông tin chân IC4518 MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518 ` CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Mục tiêu đề tài Mục đích mạch đếm sản phẩm giúp cho nhà máy đếm sản phẩm mà máy tạo cách đơn giản, xác mà khơng cần tốn sức cơng nhân Có thể đếm nhiều sản phẩm, với số lượng lớn tùy theo yêu cầu người mua, hay người sử dụng Yêu cầu mạch đếm sản phẩm chạy cách xác, ổn định gọn nhẹ dễ lắp đặt, dễ sử dụng, gia thành rẻ tốn diện tiêu thụ 1.2 Phương pháp nghiên cứu Để tìm hiểu cách thức hoạt động “Mạch đếm sản phẩm” cần khảo sát linh kiện sau: IC 4511, IC 4518, IC 4093, Diode Quang 1.3 Đặt vấn đề Trong kỷ nguyên công nghệ nay, với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật mơ hình đếm sản phẩm, băng truyền đếm sản phẩm thiết áp dụng Việt Nam, nhằm giúp người giảm bớt chi phí nhân cơng, quản lí, cơng nghiệp tự động hóa, cung cấp thơng tin Mơ hình đếm sản phẩm tự động giúp giảm bớt nhiều sức lao động thời gian, giúp tăng hiệu lao động, đồng thời đảm bảo độ xác cao Tuy nhiên doanh nghiệp vừa nhỏ tự động hóa hồn tồm chưa áp dụng vào khâu đếm sản phẩm đóng bao bì mà cịn sử dựng nhân cơng Từ điều chúng em định thiết kế mơ hình đếm sản phẩm gần gũi với thực tế 1.4 Ưu nhược điểm mạch đếm sản phẩm Ưu điểm: mạch đơn giản, gọn nhẹ, hoạt động ổn định, xác, dễ lắp đặt sửa chữa Mạch đếm sản phẩm hoạt động với dịng điện chiều hao tốn nhiều lượng Nhược điểm: tín hiệu hồng ngoại từ led phát không đủ mạnh để truyền xa không gian nên để led thu hoạt động cách mạnh ổn định khoảng cách từ led thu led phát khơng q xa sản phẩm đếm không lớn đếm sản phẩm có kích thước nhỏ Tp.Hồ Chí Minh 7/2022 MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518 ` CHƯƠNG CƠ SƠ LÝ THUYẾT 2.1 Nguyên lý hoạt động Dựa nguyên tắc phát thu Sóng hồng ngoại từ led phát led thu tạo tín hiệu xung với mức thấp (0V) mức cao (5V) để cấp cho chân nhận xung CLOCK IC đếm (IC4518) IC4518 có nghiệm vụ đếm số xung CLOCK ngõ vào chuyển đổi thành tín hiệu thuộc hệ số nhị phân ngõ cấp cho ngõ vào IC giải mã (IC 4511) IC4511 có chức chuyển đổi mã số từ số nhị phân thành mã số thập phân ngõ cấp cho led đoạn hiển thị 2.2 Các loại linh kiện 2.2.1 IC 4093 Là cổng NAND đầu vào gói bốn chứa bốn cổng NAND đầu vào độc lập với hoạt động kích hoạt Schmitt IC hoạt động mức điện áp khác tiêu thụ dịng điện tối đa 1uA hoạt động 18V DC Thông số kỹ thuật: Điện áp hoạt động: 5V, 10V, 15V DC Dòng đầu vào tối đa: 1uA Điện áp trễ thông thường 0,9 V VDD: V 2,3 V VDD: 10 V Khả miễn nhiễm nhiễu lớn 50% Thời gian tăng giảm đầu vào khơng giới hạn Tp.Hồ Chí Minh 7/2022 Hình 2.1 Sơ đồ chân IC 4093 10 MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518 ` Số chân Tên chân Mô tả A Đầu vào B Đầu vào J Đầu NAND A B K Đầu NAND C D C Đầu vào D Đầu vào VSS Groud E Đầu vào F Đầu vào 10 L Đầu NAND E F 11 M Đầu NAND G H 12 G Đầu vào 13 H Đầu vào 14 VCC Đầu vào điện áp dương Bảng 2.1 Thông tin chân IC 4093 2.2.2 IC 4511 Là loại giải mã cho Led đoạn loại Cathode chung nghĩa sử dụng với Led đoạn có cực âm chung Tp.Hồ Chí Minh 7/2022 11 MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518 ` • Thơng số kỹ thuật: − Dải điện áp rông: ~ 18V − Dải nhiệt độ hoạt động: -55 ~ 125 độ C − Công suất tiêu tán nhiệt độ -55 đến 100 độ C: 500mW S ố chân , 2, 6, Tê n chân A BCD MÔ TẢ đầu vào BCD Hình 2.2 Sơ đồ chân IC 4511 LT Đầu vào kiểm tra đèn sử dụng để kiểm tra hình ~ BL Đầu vào sử dụng để tắt điều chỉnh độ sáng LE /~ Strobe s ố8 , 10, 11, 12, 13, 14, Tp.Hồ Chí Minh 7/2022 ~ Vs s a, b, c, d, e, f, g Đầu vào Latch Enable Strobe sử dụng để lưu mã BCD Nối đất mạch Bảy đầu cho led đoạn 12 MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518 ` 15 Vd d Chân cấp điện áp dương Bảng 2.2 Thông Tin chân IC 4511 2.2.3 IC 4518 Là IC đếm lên BCD kép bao gồm hai đếm tầng giống nhau, đồng bên Các tần đếm loại flip flop kiểu D có dịng CLK EN hoán đổi cho để tăng dần chuyển tiếp dương chuyển tiếp âm IC cung cấp nhiều tính khả chống nhiễu cao tản nhiệt thấp Thông số kỹ thuật: Các loại điện áp cao (Định mức 20V) Bộ đếm lên BCD kép CD4518BMS Bộ đếm lên nhị phân kép CD4520BMS Hoạt động tốc độ trung bình Tần số xung nhịp điển hình 6MHz 10V Kích hoạt sườn dương âm 100% kiểm tra cho dòng điện tĩnh 20V Định mức tham số 5V, 10V 15V Dòng đầu vào tối đa 1µA 18V phạm vi nhiệt độ gói đầy đủ; 100nA 18V + 25oC Biên độ ồn (Trên tồn gói / Phạm vi nhiệt độ) 1V VDD = 5V 2V VDD = 10V 2,5V VDD = 15V Tp.Hồ Chí Minh 7/2022 13 MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518 ` Hình 2.3 Sơ đồ chân 4518 S ố chân Tp.Hồ Chí Minh 7/2022 Tên chân CLOCK A Mô tả Chân clock đếm A 14 MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518 ` ENABLE A Chân enable đếm A Q1A Chân đầu đếm A Q2A Chân đầu đếm A Q3A Chân đầu đếm A Q4A Chân đầu đếm A RESET A Chân reset đếm A VSS ENABLE B Chân enable đếm B CLOCK B Chân clock đếm B Q1B Chân đầu đếm B Q2B Chân đầu đếm B Q3B Chân đầu đếm B Q4B Chân đầu đếm B 1 1 Tp.Hồ Chí Minh 7/2022 Nguồn source 15 MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518 ` RESET B VDD Chân reset đếm B Nguồn drain Bảng 2.3 Thông tin chân IC 4518 2.2.4 Diode quang Là loại diode bán dẫn thực chuyển đổi photon thành điện tích theo hiệu ứng quang điện Các photon vùng phổ ánh sáng nhìn thấy, hồng ngoại, tử ngoại, tia X, tia gamma Khi photon хâm nhập lớp hoạt động photodiode tiếp giáp p-n cấu trúc PIN, ѕẽ tạo điện tích làm phát ѕinh dịng điện Tùу theo cách thức chế tạo, mà dòng điện nàу nhỏ ᴠà photodiode dùng làm cảm biến photon, haу dòng điện đủ lớn để làm nguồn điện pin mặt trời Hình 2.4 Diode quang (photodiode) 2.2.5 Led phát hồng ngoại LED thu phát hồng ngoại chất giống diode phát quang thơng thường Tuy nhiên chúng có khác biệt bước sóng phát khơng nằm vùng ánh sáng nhìn thấy Chính lý mà mắt thường khó quan sát LED phát hồng ngoại phát ánh sáng Dựa vào tính chất nằm ngồi dải ánh sáng nhìn thấy nên chúng bị nhiễu ánh sáng thơng thường Điều đặc biệt chúng Tp.Hồ Chí Minh 7/2022 16 MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518 ` không phát ánh sáng lên ứng dụng nhiều máy móc cần hoạt động vào ban đêm Hình 2.5 Led phát hồng ngoại CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Sơ đồ khối chức KHỐI ĐẾM Hình 3.1 Sơ đồ khối 3.1.1 Khối cảm biến -1 led phát hồng ngoại -1 led thu Tp.Hồ Chí Minh 7/2022 17 MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518 ` -1 biến trở -1 led đơn -2 điện trở 330 -1 IC4093: tạo tín hiệu xung với mức thấp (0V) mức cao (5V) để cấp cho chân nhận xung CLOCK IC đếm 3.1.2 Khối đếm -2 IC4518: đếm số xung CLOCK ngõ vào chuyển thành tín hiệu số thuộc hệ số nhị phân ngõ cấp cho ngõ IC giải mã -1 nút nhấn: dùng để tác động đếm chân MR IC đếm -1 tụ 10uF -1 điện trở 10k 3.1.3 Khối giải mã: IC4511: chuyển đổi mã số từ số nhị phân thành mã số thập phân ngõ cấp cho led đoạn thị 3.1.4 Khối thị: led đoạn: nhận tín hiệu từ IC giải mã hiển thị số đếm 3.2 Mô mạch Tp.Hồ Chí Minh 7/2022 18 MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518 ` 3.3 Tính tốn lựa chọn linh kiện Tính chọn R cho led đoạn có kích thước 12.6x19.8mm với thơng số =3V, =20mA, dùng nguồn pin 9V R== =300 Chọn R cho led đoạn cho R Lựa chọn R cho led thu led phát: =3V, =20mA R= ==300 Chọn R cho led thu led phát: R Lựa chọn điện trở cho nút nhấn có =0,9 R== = Tp.Hồ Chí Minh 7/2022 19 MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518 ` 3.4 Nguyên lý hoạt động mạch Dựa nguyên tắc phát thu Sóng hồng ngoại từ led phát led thu tạo tín hiệu xung với mức thấp (0V) mức cao (5V) để cấp cho chân nhận xung CLOCK IC đếm (IC4518) IC4518 có nghiệm vụ đếm số xung CLOCK ngõ vào chuyển đổi thành tín hiệu thuộc hệ số nhị phân ngõ cấp cho ngõ vào IC giải mã (IC 4511) IC4511 có chức chuyển đổi mã số từ số nhị phân thành mã số thập phân ngõ cấp cho led đoạn hiển thị Hình 3.2 Mạch in 3.5 Vẽ mạch in (PCB Tp.Hồ Chí Minh 7/2022 20 MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518 ` CHƯƠNG KẾT QUẢ GHI NHẬN Mạch sau hồn thành : Hình 4.1 Mặt trước mạch Tp.Hồ Chí Minh 7/2022 21 MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG IC 4511, IC 4518 ` Hình 4.2 Mặt trước mạch Với hướng dẫn tận tình thầy giáo: Phạm Huỳnh Thế với tìm hiểu học hỏi thành viên nhóm sau thời gian thực nhóm chúng em kết sau: − − − − Thiết kế chế tạo mạch đếm sản phẩm có khả sử dụng thực tế Đạt mục tiêu yêu cầu ban đầu Vận dụng nhiều kiến thức IC trình thực thi cơng Khả làm việc theo nhóm tìm hiểu đề tài để phục vụ cho đồ án sau − Rút nhiều kinh nghiệm thực thi cơng Tp.Hồ Chí Minh 7/2022 22