Thiết kế mô hình hệ thống cửa tự động đóng mở sử dụng sensor cảm biến

MỤC LỤC CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CỬA TỰ ĐỘNG……………… CHƯƠNG II : PHÂN TÍCH BÀI TỐN…………………………………….7 2.1 CÁC U CẦU CỦA MƠ HÌNH CỬA TỰ ĐỘNG……………………….7 2.2 NHIỆM VỤ VÀ PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ……………………………… CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ, LINH KIỆN THIẾT KẾ….9 3.1 PHẦN CỨNG……………………………………………………………….9 3.1.1: Vi điều khiển AT89C51………………………………………………… 3.1.2 IC tạo ổn áp 7805( IC ổn áp 5v) ……………………………………… 11 3.1.3 Bộ chuyển đổi tương tự sang số ADC………………………………… 13 3.1.4 SENSOR CẢM BIẾN…………………………………………………….15 3.1.5 IC điều khiển động L298…………………………………………… 15 3.1.6 Động cơ………………………………………………………………… 16 3.2 PHẦN MỀM……………………………………………………………….16 3.2.1 Phần mềm mô mạch……………………………………………….16 3.2.2 Ngôn ngữ lập trình……………………………………………………… 17 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ TỔNG QUÁT PHẦN CỨNG……… ……… 19 4.1 Sơ đồ khối………………………………………………………………….19 4.2 Sơ lược chức khối………………………………………… 20 4.2.1 Khối nguồn……………………………………………………………….20 4.2.2 Khối thu hồng ngoại…………………………………………………… 21 4.2.3 Khối reset…………………………………………………………………22 Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên 4.2.4 Khối điều khiển………………………………………………………… 23 4.2.5 Khối tạo xung dao động………………………………………………….24 4.2.6 Khối điều khiển trung tâm………………………………………………24 4.3 Đặc tả hệ thống FSM………………………………………………………25 4.4 Sơ đồ call graph……………………………………………….………… 26 CHƯƠNG V:SƠ ĐỒ MẠCH HOÀN CHỈNH……………………………… 27 5.1 Sơ đồ nguyên lý mạch…………………………………………………….27 5.2 Kết chạy thử …………………………………………………………28 CHƯƠNG VI: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH……………… ……………… 29 6.1 Sơ đồ thuật tốn………………………………………………………….29 6.2 Chương trình lập trình cho vi điều khiền AT89C51……………………30 Đại học kỹ thuật cơng nghiệp Thái Ngun LỜI NĨI ĐẦU Cơng cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước diễn theo tiến khoa học kĩ thuật Trước tình hình có nhiều u cầu cấp bách có thách thức đặt cho giới trí thức Điện tử lĩnh vực mà nước ta nghiên cứu bước phát triển để ứng dụng vào trình sản xuất góp phần nâng cao suất lao động Do sinh viên với chuyên ngành kỹ thuật điện tử cần phải nắm vững kiến thức kĩ từ đơn giản đến phức tạp : biết cách sử dụng thành thạo loại cảm biến kết nối với hệ thống để thu nhận tín hiệu Rèn luyện kĩ lập trình hệ thống sử dụng vi điều khiển hệ thống công nghiệp ứng dụng sinh hoạt sản xuất Sau thời gian học tập nghiên cứu với nỗ lực nhóm chúng em hồn thành nhiệm vụ thiết kế mơ hình cổng tự động Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô mơn KỸ THUẬT MÁY TÍNH giúp đỡ tận tình, đặc biệt cảm ơn thầy hướng dẫn NGUYỄN TIẾN DUY Mơ hình khơng tránh khỏi thiếu xót, chúng em mong bảo thầy để sản phẩm hồn thiện ứng dụng vào thực tế Em xin chân thành cảm ơn ! Thái Nguyên, ngày02 tháng06 năm 2011 Đại học kỹ thuật cơng nghiệp Thái Ngun Nhóm sinh viên thực !!! CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CỬA TỰ ĐỘNG Trong xã hội văn minh đại, cửa phận thiếu cơng trình kiến trúc Nhưng hầu hết loại cửa bình thường mà sử dụng lại có nhược điểm gây phiền tối cho người sử dụng là: cửa đóng mở có tác động người vào Việc thiết kế loại cửa tiện ích hơn, đa hơn, phục vụ tốt cho đời sống người vô cần thiết Do vậy, cần phải thiết kế loại cửa tự động khắc phục tốt nhược điểm cửa thường Xuất phát từ nhu cầu đó, cửa tự động thiết kế để tạo loại cửa vừa trì yêu cầu trước vừa khắc phục nhược điểm cửa thường Vì sử dụng cửa tự động người dùng khơng phải trực tiếp tác động trực tiếp lên cánh cửa mà đóng, mở cửa theo ý muốn Với tính này, cửa tự động mang lại thuận lợi lớn cho người sử dụng như: Nếu người dùng cửa bê vác vật cửa tự động tạo cảm giác thoải mái mà thục giúp người dùng tạo thuận lợi cho người hồn thành cơng việc mà khơng bị cản trở Sử dụng cửa tự động giúp người dùng đỡ tốn thời gian để đóng mở cửa Cửa tự động rõ ràng mang lại cảm giác thoải mái cho người dùng, loại bỏ hồn tồn cảm giác, ngại khó chịu dùng cửa thường Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên Đặc biệt nơi cơng sở, cơng cộng cửa tự động phát huy ưu điểm Đó cửa tự động giúp cho q trình lưu thơng qua cửa nhanh chóng dễ dàng, giảm thiểu va chạm có nhiều người qua Thêm vào đó, hệ thống máy lạnh sử dụng rộng rãi nơi công sở, công cộng: Nếu ta dùng cửa thường phải đảm bảo cửa ln đóng để tránh lạnh ngồi gây lãng phí Thế điều lại khó thực ý thức người nơi cơng cộng khác Do đó, cửa tự động với tính chất đóng khơng có người qua lại đáp ứng tốt yêu cầu Chính ưu điểm bật cửa tự động mà phải phát triển ứng dụng rộng rãi hơn, đồng thời nghiên cứu để cải tiến nâng cao chất lượng hoạt động cửa tự động để ngày đại tiện ích Để nghiên cứu cách xác cụ thể cửa tự động, cần phải chế tạo mơ hình cửa đóng mở tự động, mơ tả hoạt động, hình dáng cấu tạo Tù mơ hình này, ta quan sát tìm hiểu hoạt động cửa tự động, lường trước khó khăn gặp phải chế tạo cửa tự động thực tế Cũng từ mơ hình ta thấy ưu nhược điểm thiết kế mà từ khắc phục hạn chế, phát huy mạnh thiết kế cửa tự động ưu việt hơn, hoàn thiện cho người GIỚI THIỆU MỘT SỐ LOẠI CỬA TỰ ĐỘNG HIỆN NAY Hiện có nhiều loại cửa tự động như: cửa kéo, cửa đẩy, cửa uốn, cửa trượt …  Cửa kéo: Là loại cửa có kết cấu đơn giản với động gắn cố định với trần nhà Cửa động kéo đoạn dây Ưu điểm loại cửa đơn giản hiệu quả, cánh cửa chắn Có lẽ nhược điểm loại cửa động gắn với trần nhà cần phải gắn đủ để chịu sức nặng cửa Do vậy, thực tế người ta sử dụng loại cửa nhược điểm phải gắn đủ để chịu sức nặng không gây nguy hiểm cho người sử dụng Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên  Cửa cuốn: Loại cửa có khả cuộn trịn lại Khi có tín hiệu điều khiển đóng mở cửa, động cửa tác động qua trục cửa cuộn trịn quanh trục Loại cửa có ưu điểm gọn nhẹ tiện dụng dễ sử dụng, cần động công suất nhỏ Thường làm cửa cho gara ôtô Nó có tính kinh tế cao dễ chế tạo có nhược điểm cửa khơng chắn dễ bị hỏng loại cửa khác  Cửa trượt: Loại cửa có đặc điểm có rãnh cố định cho phép cánh cửa trượt qua lại Cửa trượt có nhiều loại, tuỳ thuộc vào hình dạng rãnh trượt rãnh thẳng loại cửa chuyển động tịnh tiến cịn rãnh trịn loại cửa chuyển động xoay tròn Loại cửa thường sử dụng nhà hàng, khách sạn, sân bay, siêu thị … Cửa có ưu điểm kết cấu nhẹ nhàng tạo cảm giác thoáng đạt, thoải mái lịch Đại học kỹ thuật cơng nghiệp Thái Ngun CHƯƠNG II PHÂN TÍCH BÀI TỐN Thiết kế mơ hình hệ thống cửa tự động đóng mở sử dụng sensor cảm biến 2.1 CÁC YÊU CẦU CỦA MƠ HÌNH CỬA TỰ ĐỘNG  Kích thước gọn gàng  Hệ thống hoạt động tốt  Hệ thống điện tốt, hoạt động theo thiết kế  Hệ thống cửa đáp ứng yêu cầu đặt 2.1.1 Yêu cầu chương trình chung:  Cửa phải tự động mở có người vật thể tiến gần cửa đóng lại người vật thể cách xa cửa khoảng  Cửa thiết kế để đóng mở thơng minh Có nghĩa có tín hiệu người vật thể cửa mở với vận tốc v nhanh để người vật thể vào Khi cửa mở gần hết hành trình tự động giảm tốc độ xuống v3 nhỏ để cửa dừng lại xác cuối hành trình mở Khi hết tín hiệu người vật thể sau khoảng thời gian trễ khoảng giây, cửa đóng lại nhanh với vận tốc v Khi gần hết hành trình đóng, cửa giảm tốc độ xuống v để tránh va chạm hai cánh cửa Khi cửa đóng lại, lại có tín hiệu người cửa lại mở 2.1.2 Yêu cầu khí: Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên  Yêu cầu thiết kế phải giống với cửa thật hình thức lẫn chất lượng hoạt động, phải chắn gọn gang Do đó, việc thiết kế khí cho mơ hình phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cửa thật : khung cửa, cánh cửa, rãnh trượt, xích, bánh răng…  Động loại động chiều cấp nguồn chỉnh lưu cầu chiều kết hợp với đảo chiều cho phép động quay thuận quay ngược 2.1.3 Mục đích việc thiết kế:  Nghiên cứu, chế tạo mô hình cửa tự động giúp cho sinh viên có hiểu biết sâu sắc lĩnh vực điều khiển thơng minh nắm bắt nhiều kiến thức ngành nghề như: điện tử, điện, khí …  Việc tạo mơ hình hoạt động tốt tạo điều kiện cho sinh viên có hội học tập nghiên cứu cách thực tế hội tốt giúp sinh viên khỏi bỡ ngỡ làm việc thực tế 2.2 NHIỆM VỤ VÀ PHÂN TÍCH NHIỆM VỤ Nhiệm vụ đồ án mơn học thiết kế mơ hình cửa tự động dùng AT89C51 để làm cửa tự động ta cần biết : Biết cách đọc dịch datasheet IC để biết nguyên lí hoạt động chức chúng Lập trình ứng dụng họ Vi điều khiển AT89C51 Lập trình tự để làm sản phẩm thực tế : Bước 1: Đi khảo sát thị trường, thăm dò nhu cầu người sử dụng muốn thiết kế cổng theo kiểu dáng nào, khối lượng cổng bao nhiêu, vận hành Bước 2: Nêu yêu cầu với cửa tự động mà thị trường cần bắt đầu ý tưởng thiết kế mơ hình sản phẩm Bước 3: Phân tích ưu nhược điểm ý tưởng để chọn mơ hình cuối Đại học kỹ thuật cơng nghiệp Thái Nguyên Bước 4: Bắt tay vào làm sản phẩm thực lập trình cho chạy thử CHƯƠNG III GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ, LINH KIỆN THIẾT KẾ 3.1 PHẦN CỨNG 3.1.1: Vi điều khiển AT89C51 H1: Sơ đồ chân AT98C51 Ý NGHĨA CÁC CHÂN AT89C51  Chân 30 (ALE: Adress Latch Enable) tín hiệu điều khiển xuất ra, cho phép phân kênh bus địa bus liệu port  Chân 31 (EA: Eternal Acess) đưa xuống thấp cho phép chon nhớ mã ngồi Đại học kỹ thuật cơng nghiệp Thái Nguyên  32 chân lại chia làm cổng vào ra: Vào tức dùng chân để đọc mức logic  P0 từ chân 39 đến chân 32 tương ứng chân P0_0 đến P0_7  P1 từ chân đến chân tương ứng chân P1_0 đến P1_7  P2 từ chân 21 đến chân 28 tương ứng chân P2_0 đến P2_7  P3 từ chân 10 đến chân 17 tương ứng chân P3_0 đến P3_7 Riêng cổng có chức chân hình H1: P3.0 – RxD : chân nhận liệu nối tiếp giao tiếp RS232 P3.1 _ TxD : phân truyền liệu nối tiếp giao tiếp RS232 P3.2 _ INTO : interrupt , ngắt P3.3 _ INT1: interrupt 1, ngắt P3.4 _T0 : Timer0 , đầu vào timer0 P3.5_T1 : Timer1, đầu vào timer P3.6_ WR: Write, điều khiển ghi liệu P3.7 _RD: Read , điều khiển đọc liệu Chân 18, 19 nối với thạch anh tạo thành mạch tạo dao động cho VĐK Tần số thạch anh thường dùng ứng dụng : 11.0592Mhz(giao tiếp với cổng com máy tính) 12Mhz Tần số tối đa 24Mhz Tần số lớn VĐK xử lí nhanh Xung dao động thạch anh Riêng cổng có thêm chức đây: P3.0 – RxD : chân nhận liệu nối tiếp giao tiếp RS232(Cổng COM) 10 Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên Sơ đồ khối chi tiết 4.2 Sơ lược chức khối 4.2.1 Khối nguồn Khối nguồn cho VĐK: Power C 16 2200uF C 22 104 U3 LM 7805 +5V VI VO GN D D IO D E D 14 12V J8 R3 D 15 C 23 1100uF C 24 104 C 27 102 V 1k D 16 RED 20 Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên