Đối tượng nghiên cứu: Những linh kiện điện tử IC74LS90, IC74LS247, IC74LS192, IC74LS85, IC74HC14, IC74HC08, IC4093, cảm biến hồng ngoại, Led 7 đoạn, linh kiện thụ động, linh kiện bán dẫnvà cảm biến hồng ngoại được đề cập sẽ là trung tâm trong quá trình nghiên cứu. Việc tìm hiểu về cách hoạt động và tính năng của các linh kiện này sẽ giúp cho việc thiết kế và lắp đặt mạch đếm sản phẩm được tối ưu hóa
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN TỬ HỌ TÊN SINH VIÊN LÂM BẢO ANH – 2000XXXX DƯƠNG CƠNG BÌNH – 2000XXXX TRẢO MINH Ý – 2000XXXX MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI Chuyên ngành: IOT Trí tuệ nhân tạo ứng dụng Mã học phần: 7510304 DỰ ÁN KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2023 THÔNG TIN CHUNG Họ tên sinh viên 1: MSSV: Lớp: Khóa: Chuyên ngành: Mã chuyên ngành: SĐT: Email: Địa liên hệ: Họ tên sinh viên 2: MSSV: Lớp: Khóa: Chuyên ngành: Mã chuyên ngành: SĐT: Email: Địa liên hệ: Họ tên sinh viên 3: MSSV: Lớp: Khóa: Chuyên ngành: Mã chuyên ngành: SĐT: Email: Địa liên hệ: Tên đề tài: MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI Người hướng dẫn: GV TRẦN MINH HỒNG SĐT: Email: Cơ quan công tác: TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng Người hướng dẫn Sinh viên (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) năm 2023 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU Mở đầu Đặt vấn đề Mục tiêu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa thực tiễn đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 11 1.1 Giới thiệu sơ lược đề tài .11 1.2 Ứng dụng đề tài vào sở thực tiễn 11 1.3 Mô tả chức .11 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13 2.1 Nguyên lý hoạt động 13 2.2 Phần cứng: 14 2.3 Phần mềm 32 CHƯƠNG PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 33 3.1 Sơ đồ khối 33 3.2 Danh sách linh kiện 34 3.3 Thiết kế Proteus 34 3.4 Thiết kế mạch 37 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢthực nghiệm 40 4.1 Kết thực nghiệm 40 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Ưu điểm 42 Đánh giá kết 42 Ưu điểm 42 Hạn chế 42 Tài liệu tham khảo 43 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Sơ đồ ngun lí 13 Hình Hình ảnh thực tế chân mô 14 Hình Sơ đồ Logic IC 74LS90 15 Hình Hình ảnh thực tế IC 74LS247 16 Hình Sơ đồ chân IC 74LS247 16 Hình Sơ đồ Logic IC 74LS247 17 Hình Hình ảnh thực tế IC 74LS192 19 Hình Sơ đồ chân IC 74LS192 19 Hình Sơ đồ Logic IC 74LS192 20 Hình 10 Hình ảnh thực tế IC 74LS85 21 Hình 11 Sơ đồ chân IC 74LS85 21 Hình 12 Sơ đồ Logic IC 74LS85 23 Hình 13 Hình ảnh thực tế IC 74HC14 24 Hình 14 Sơ đồ chân IC 74HC14 24 Hình 15 Hình ảnh thực tế IC 74HC08 25 Hình 16 Sơ đồ chân IC 74HC08 26 Hình 17 Hình ảnh thực tế IC 4093 .27 Hình 18 Sơ đồ chân IC 4093 27 Hình 19 LED Đoạn 28 Hình 20 LED đơn 29 Hình 21 Nút nhấn chân 29 Hình 22 Domino 2pin/3 pin 30 Hình 23 Cảm biến hồng ngoại 30 Hình 24 Sơ đồ chân cảm biến hồng ngoại 31 Hình 25 Phần mềm Proteus 32 Hình 26 Phần mềm Altium 32 Hình 27 Sơ đồ khối hệ thống 33 Hình 28 Mô Proteus 35 Hình 29 Khối cảm biến .36 Hình 30 Khối đếm 36 Hình 31 Khối cài đặt 37 Hình 32 Khối so sánh 37 Hình 33 Sơ đồ dây Altium 38 Hình 34 File PCB 38 Hình 35 File PDF mạch in lớp .39 Hình 36 Mạch hồn chỉnh (mặt trước) 40 Hình 37 Mạch hoàn chỉnh (mặt sau) 41 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Chức chân IC 74LS90 .14 Bảng Bảng giá trị IC 74LS90 15 Bảng Bảng giá trị IC 74LS247 17 Bảng Chức chân IC 74LS192 .19 Bảng Bảng giá trị IC 74LS192 20 Bảng Chức chân IC 74LS85 .21 Bảng Chức chân IC 74HC14 24 Bảng Bảng giá trị IC 74HC14 25 Bảng Chức chân IC 74HC08 26 Bảng 10 Bảng giá trị IC 74HC08 26 Bảng 11 Chức chân IC 4093 28 Bảng 12 Danh sách linh kiện 34 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Hiện nay, phát triển không ngừng đời sống xã hội với tốc độ gia tăng dân số kéo theo gia tăng nhu cầu mua bán hàng hoá với số lượng lớn Trong trình sản xuất hàng hóa, việc kiểm sốt số lượng sản phẩm sản xuất quan trọng để đảm bảo chất lượng lợi nhuận công ty Với phát triển, phổ biến linh kiện giá rẻ ta xây dựng hệ thống đếm sản phẩm đơn giản để kiểm soát, quản lý hàng hoá, đảm bảo số lượng sản phẩm, tiết kiệm thời gian Nhận thức tầm quan trọng khoa học công nghệ có ảnh hưởng định đến chiến lược phát triển đất nước, Nhà nước ta sức đào tạo nghiên cứu khoa học kỹ thuật, khuyến khích đầu tư nhằm phát triển nhanh khoa học kỹ thuật nước nhà Hiện nay, Cơng nghiệp hố - Hiện đại hố đóng vai trị quan trọng việc nâng cao suất lao động Những thành tựu cách mạng khoa học kỹ thuật áp dụng rộng rãi vào kinh tế đưa đến đổi thay chưa có lịch sử lồi người Là sinh viên chuyên ngành điện tử công nghiệp dân dụng, giảng dạy tận tình Thầy với cố gắng nỗ lực thân, chúng em thực đề tài tiểu luận “Mạch đếm sản phẩm sử dụng cảm biến hồng ngoại” Đề tài chun ngành khơng cịn xa lạ Việt Nam, đồ án chúng em tập trung sâu vào cơng việc nghiên cứu chế hoạt động mạch đếm sản phẩm thông qua cảm biến hồng ngoại từ số lượng sản phẩm ta cài đặt trước kết hợp linh kiện thục Mục tiêu đề tài Mục tiêu mạch đếm sản phẩm dùng IC với cảm biến hồng ngoại đảm bảo độ xác đáng tin cậy trình đếm số lượng sản phẩm qua băng chuyền Để đạt mục tiêu này, mục tiêu cụ thể bao gồm: - Đảm bảo tính đáng tin cậy: Mạch đếm sản phẩm cần phải hoạt động đáng tin cậy môi trường sản xuất Nó cần phải có khả chống lại tác động môi trường rung động, nhiễu điện từ độ ẩm - Độ xác: Mạch đếm sản phẩm cần phải có độ xác cao việc đếm số lượng sản phẩm Điều đạt cách sử dụng cảm biến hồng ngoại chất lượng cao thiết lập tham số cho loại sản phẩm - Dễ sử dụng: Mạch đếm sản phẩm cần phải dễ sử dụng cài đặt, giúp người dùng thay đổi thiết lập hiển thị thông tin đếm số sản phẩm cách dễ dàng - Tính linh hoạt: Mạch đếm sản phẩm cần phải có tính linh hoạt để đáp ứng yêu cầu ứng dụng khác nhau, bao gồm đếm sản phẩm có kích thước hình dạng khác nhau, đếm sản phẩm môi trường khác đáp ứng yêu cầu tốc độ đếm - Độ tin cậy cao: Mạch đếm sản phẩm cần phải có độ tin cậy cao việc đếm số lượng sản phẩm để giảm thiểu số lượng sản phẩm bị lỡ đếm bị đếm sai, đảm bảo tính xác đáng tin cậy quy trình sản xuất Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Những linh kiện điện tử IC74LS90, IC74LS247, IC74LS192, IC74LS85, IC74HC14, IC74HC08, IC4093, cảm biến hồng ngoại, Led đoạn, linh kiện thụ động, linh kiện bán dẫnvà cảm biến hồng ngoại đề cập trung tâm trình nghiên cứu Việc tìm hiểu cách hoạt động tính linh kiện giúp cho việc thiết kế lắp đặt mạch đếm sản phẩm tối ưu hóa Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu tập trung vào việc áp dụng kiến thức điện tử lý thuyết tính tốn vào trình thiết kế mạch đếm sản phẩm Thực thử nghiệm thực tế để đánh giá hiệu mạch Ý nghĩa thực tiễn đề tài Tăng suất sản xuất: Mạch đếm sản phẩm giúp cho trình đếm số lượng sản phẩm trở nên tự động hóa, giảm thiểu thời gian chi phí lao động, tăng suất sản xuất giảm thiểu sai sót q trình đếm Tăng độ xác: Mạch đếm sản phẩm dùng cảm biến hồng ngoại giúp đếm xác số lượng sản phẩm, khơng bị ảnh hưởng yếu tố ngoại cảnh ánh sáng, độ ẩm hay rung động, giúp nâng cao độ xác quy trình sản xuất Tiết kiệm chi phí: Sử dụng mạch đếm sản phẩm giúp giảm thiểu tối đa chi phí lao động, giảm thiểu lỗi đếm giúp tăng suất, từ giảm chi phí sản xuất tăng tính cạnh tranh doanh nghiệp Tối ưu hóa quy trình sản xuất: Mạch đếm sản phẩm giúp cho việc quản lý số lượng sản phẩm dễ dàng hơn, giúp doanh nghiệp nắm bắt thơng tin sản phẩm từ tối ưu hóa quy trình sản xuất Đảm bảo chất lượng sản phẩm: Mạch đếm sản phẩm giúp doanh nghiệp theo dõi số lượng sản phẩm sản xuất, từ đảm bảo chất lượng sản phẩm sản xuất tiêu chuẩn đáp ứng yêu cầu khách hàng 10 i) LED Hình 20 LED đơn LED tên viết tắt từ “Light-Emitting-Diode”, có nghĩa ốt phát quang Nhiệm vụ: Báo phát tín hiệu j) Nút nhấn Hình 21 Nút nhấn chân Nút nhấn nhả loại nút nhấn không giữ trạng thái nhấn thả tay trở lại trạng thái ban đầu Nhiệm vụ: thay đổi tín hiệu 29 k) Domino Hình 22 Domino 2pin/3 pin Domino loại linh kiện điện tử dùng để kết nối nhiều đường mạch từ mạch đến mạch khác Bus (ví dụ jack nguồn mạch) Nhiệm vụ: Kết nối nguồn, mở rộng kết nối đến modul tương thích có sẵn khác l) Cảm biến tiệm cận hồng ngoại E18-D80NK Hình 23 Cảm biến hồng ngoại Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK dùng ánh sáng hồng ngoại để xác định khoảng cách tới vật cản cho độ phản hồi nhanh nhiễu sử dụng mắt nhận phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt Nhiệm vụ: Phát vật 30 Sơ đồ chân: - Màu nâu: VCC, nguồn dương 5VDC - Màu xanh dương: GND, nguồn âm 0VDC - Màu đen: Chân tín hiệu ngõ cực thu hở NPN, cần phải có trở kéo để tạo thành mức cao Hình 24 Sơ đồ chân cảm biến hồng ngoại 31 2.3 Phần mềm Phần mềm Proteus sử dụng để mô phỏng, thiết kế vẽ mạch điện tử Nó phát minh Labcenter Electronics Hình 25 Phần mềm Proteus Phần Mềm Altium Designer phần mềm tự động hóa thiết kế PCB điện tử dành cho bảng mạch in Nó phát triển cơng ty phần mềm Úc Altium Limited Hình 26 Phần mềm Altium 32 CHƯƠNG PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Sơ đồ khối Hình 27 Sơ đồ khối hệ thống Chức năng: Khối cảm biến: Khối cảm biến hồng ngoại nhận diện sử dụng để phát đếm sản phẩm qua cách sử dụng sóng hồng ngoại để phát có mặt vắng mặt sản phẩm Khi sản phẩm qua khối cảm biến, cản lại phần sóng hồng ngoại khối cảm biến nhận biết xuất sản phẩm cách phân tích tín hiệu đầu vào Số lượng sản phẩm đếm dựa tần số xuất tín hiệu Khối đếm: Sau khối cảm biến nhận diện sản phẩm, tín hiệu đầu chuyển đến khối đếm để tiến hành đếm số lượng sản phẩm Có chức đếm xung thành mã nhị phân Khối giải mã: Có chức nhận tín hiệu từ khối đếm chuyển đổi thành tín hiệu tương ứng để hiển thị số lượng sản phẩm đếm, giải mã số nhị phân từ khối đếm sang mã đoạn Khối hiển thị: Nhận tín hiệu đầu từ khối giải mã hiển thị số lượng sản phẩm đếm dạng số thập phân Khối so sánh: Khối so sánh kết nối với khối đếm nhận tín hiệu đếm từ khối cài đặt Có chức so sánh giá trị đếm với giá trị cài đặt từ trước 33 Nếu giá trị đếm lớn giá trị cài đặt, khối so sánh đưa tín hiệu kích hoạt để cập nhật lại giá trị đếm Khối cài đặt: Được sử dụng để thiết lập giá trị ngưỡng số lượng sản phẩm cần đếm để báo đèn báo đủ số lượng Giúp cài đặt ngưỡng đếm sản phẩm dễ dàng linh hoạt, đồng thời giúp người sử dụng kiểm soát số lượng sản phẩm đếm 3.2 Danh sách linh kiện Bảng 12 Danh sách linh kiện TÊN LINH KIỆN SỐ LƯỢNG IC7490 IC74247(Hoặc 7447) IC74192 IC7485 IC7414 IC7408 IC4093 LED đoạn A chung LED Phát hồng ngoại LED Thu hồng ngoại LED đơn Nút nhấn chân Domino cổng Domino cổng Điện trở 220Ω 28 Điện trở 10KΩ Điện trở 1KΩ Điện trở 330Ω Công tắt bập bênh Cảm biến hồng ngoại 3.3 Thiết kế Proteus Ta tiến hành mô mạch phần mềm Proteus 34 Hình 28 Mơ Proteus Khối cảm biến: 35 Hình 29 Khối cảm biến Khối đếm: Hình 30 Khối đếm Khối cài đặt: 36 Hình 31 Khối cài đặt Khối so sánh: Hình 32 Khối so sánh 3.4 Thiết kế mạch Ta tiến hành thiết kế mạch phần mềm Altium Designer: 37 Hình 33 Sơ đồ dây Altium File PCB: Hình 34 File PCB File PDF mạch in lớp dưới: 38 Hình 35 File PDF mạch in lớp 39 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢTHỰC NGHIỆM 4.1 Kết thực nghiệm Gia công mạch hồn chỉnh (thủ cơng) Hình 36 Mạch hồn chỉnh (mặt trước) 40 Hình 37 Mạch hồn chỉnh (mặt sau) 41 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ƯU ĐIỂM Đánh giá kết - Thực nghiệm mạch hoạt động tốt mô - Tiếp cận với linh kiện điện tử thực tế - Hiểu hoạt động linh kiện việc kết hợp chúng để tạo thành hệ thống hoàn chỉnh - Hiểu chế hoạt động mạch đếm sản phẩm dùng cảm biến hồng ngoại - Biết cách sử dụng phần mềm hỗ trợ - Rèn luyện kỹ thiết kế mạch, dây gia công mạch thủ cơng - Kỹ làm việc nhóm Ưu điểm - Hệ thống mạch đếm sản phẩm giúp hạn chế sức người - Tiết kiệm thời gian - Dễ dàng mở rộng, nâng cấp mạch Hạn chế - Độ nhạy cảm biến chưa cao - Mạch chưa tối ưu - Độ hồn thiện gia cơng mạch chưa tốt 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Object/Product Counter with Digits: Conference on Advances in Communication and Computing Technology (ICACCT), 2018, pp 473-477 [2] Electronics-tutorials.ws: 7-segment Display Counter [3] Circuitstoday.com: Wireless Mains Voltage Tester Using IC CD4033 Seven Segment Counter Display Circuit Protocols and Emerging Enabling Technologies” in IEEE 2nd World Forum on Internet of Things (WF - IoT), 2015, pp 764-769 [4] Electronic Components Datasheet Search SN74LS192N Datasheet (PDF) Texas Instruments [5] 7490 Datasheet (PDF) - National Semiconductor (TI) [6] CD4093BE Datasheet (PDF) - Texas Instruments [7] 74LS192 Datasheet (PDF) - ON Semiconductor [8] SN74LS85N Datasheet (PDF) - Texas Instruments [9] SN74HC14N Datasheet (PDF) - Texas Instruments [10] SN74HC08N Datasheet (PDF) - Texas Instruments 43