đề tài mạch đếm tiến lùi người ra vào siêu thị từ 1 99

Trong đó sự tích hợp các mạch điện – điện tử ngày càng trở nên thiết yếu khi mà công nghệ ngày càng phát triển hơn tiến tới thời đại của vi xử lý vi mạch những mạch cồng kềnh chiếm nhiều

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KITHUẬT HƯNG YÊNKHOA: ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI

Mạch đếm tiến lùi người ra vào siêu thị từ 1-99 Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Trung Thành

Sinh viên thực hiện: Phạm Mạnh Tiến Nguyễn Quang Huy

BẢNG KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐAMH 2

Chạy thử nghiệm trên phần mềm mô phỏng Hoàn thiện chương 2 báo cáo đồ án và mua linh kiện

Tiến hành chạy và đánh giá sản phẩm Hoàn thiện chương 3 báo cáo đồ án

SINH VIÊN THỰC HIỆN Phạm Mạnh Tiến Nguyễn Quang Huy

2

NHẬN XÉT CỦA GiÁO VIÊN

MỤC LỤC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 1

LỜI NÓI ĐẦU 6

Chương I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8

1 Xây dựng sơ đồ khối toàn mạch 8

2 Nguyên tắc hoạt động các khối 8

2.4 Khối hiện thị - Led 7 thanh 12

CHƯƠNG II : THÔNG SỐ KĨ THUẬT VÀ SƠ ĐỒ CHÂN CÓ TRONG

2 Sơ đồ nguyên lí và nguyên tắc hoạt động của toàn mạch 23

2.1 sơ đồ nguyên lí toàn mạch 23

2.2 Nguyên tắc hoạt động của mạch 23

4

2.3.Hình ảnh mạch thực 26 Kết luận 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO 28

DANH MỤC HÌNH ẢN

Hình 1 1: Sơ đồ khối toàn mạch 6

Hình 1 2: Điện áp sau chỉnh lưu 8

Hình 1 3: Điện áp sau khi được lọc bằng tụ điện 8

Hình 1 4: Sơ đồ khối phát 9

Hình 1 5: Sơ đồ khối thu 10

Hình 1 6: Sơ đồ khối giải mã 11

Hình 1 7 Sơ đồ giải mã và hiển thị 12Y HÌnh 2 1: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn 13

HÌnh 2 2: Khối thu phát tín hiệu 14

HÌnh 2 3: Sơ đồ nguyên lý của mạch đếm hiển thị 15

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lí toàn mạch 17

Hình 2.5: Mạch thực………20

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống của con người đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, mang lại sự tiện lợi tối ưu với những trang thiết bị hiện đại phục vụ công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước Góp phần vào sự phát triển đó thì ngành kĩ thuật điện tử đã góp phần không nhỏ trong sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước Trong đó sự tích hợp các mạch điện – điện tử ngày càng trở nên thiết yếu khi mà công nghệ ngày càng phát triển hơn tiến tới thời đại của vi xử lý vi mạch những mạch cồng kềnh chiếm nhiều diện tích đã bị loại bỏ dần thay vào đó là các mạc siêu nhỏ gọn gàng hơn đang được ưa chuộng Những thành tựu của nó đã có thể biến được những cái tưởng chừng như không thể thành những cái có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho con người.

Trong đó có ngành “Kĩ thuật số” có vai trò rất quan trọng và việc áp dụng điều khiển bằng số trong công nghệ hiện đại Kĩ thuật số ra đời đã và đang làm nên một cuộc cách mạng trong mọi lĩnh vực của đời sống hiện đại từ chiếc nồi cơm điện, máy giặt, máy điện thoại đến truyền hình, chụp ảnh, công nghệ thông tin, Những ứng dụng của nó trong sản xuất của các công ty lớn nhỏ là không thể kể hết.

Xuất phát từ thực tế tại các nhà máy và tham quan các doanh nghiệp sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu được tự động hóa trong quá trình sản xuất Một trong những khâu đơn giản trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm làm ra được đếm một cách tự động Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm làm ra được đếm một cách tự động Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn

8

chưa được áp dụng trong những khâu đếm sản phẩm, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công Từ những điều đã được thấy đó và khả năng của chúng em, chúng em muốn làm một điều gì nhỏ để góp phần vào giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay mà cho phép tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo được độ chính xác cao Đối với các nơi có nhiều dịch vụ tiện ích cho con người như các siêu thị, cửa hàng cần quản lý số lượng người ra vào để biết được tình hình kinh doanh của siêu thị hoặc cửa hàng đó Vậy nên chúng em quyết định thiết kế một mạch đếm người vì nó rất phù hợp với thực tế và nó thật sự rất có ý nghĩa đối với chúng em vì đã làm được một phần nhỏ đóng góp cho xã hội

Nhận thấy khả năng ứng dụng rộng rãi của mạch đếm số lượt người ra vào cửa siêu thị Chúng em đã nghiên cứu và thiết kế dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy:

Nguyễn Trung Thành giảng viên khoa điện—điện tử Vì

kiến thức, kinh nghiệm của chúng em còn hạn chế nên đồ án không tránh được sai sót Chúng em rất mong sự đánh giá của quý thầy cô và bạn bè, để đồ án được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Chương I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1 Xây dựng sơ đồ khối toàn mạch

Hình 1 1: Sơ đồ khối toàn mạch

2 Nguyên tắc hoạt động các khối2.1 Khối nguồn

Nguồn cũng cấp cho toàn mạch là nguồn 1 chiều trở vài trăm Ôm để chống cháy led hoặc ta cấp 3.5V cho led thì ta đưa điện áp trực tiếp vào led Nguồn ta dùng ở đây có tính ổn định cao để mạch đếm chính xác nếu ta dùng nguồn không ổn định như pin, khi hết pin thì mạch đếm sẽ bị gián đoạn.

Bộ 5V và 3.5-4V sử dụng trong laze , khi ta đưa vào led 7 thành thì ta cho qua trở vài kilo Ôm.

Mạch yêu cầu dùng 5V DC thì ta dùng máy biến áp và chỉnh lưu cầu và Ic ổn áp 7805 để đưa ra điện áp 5V.

2.1.1 Khối hạ áp

Ở đây chúng ta biến đổi điện áp 220V AC-50Hz xuống còn 24V

AC-3A

Mục đích là cấp đầy đủ cho bộ biến đổi và bộ lọc để có điện áp 1 chiều mong muốn

2.1.2 Khối chỉnh lưu

Thành phần chỉnh lưu là biến dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều thông qua 4 con diode chỉnh lưu Đây là sơ đồ chỉnh lưu cả chu kỳ với dạng sóng đầu vào và đầu ra sau chỉnh lưu như sau.

Điện áp sau chỉnh lưu vẫn có dạng nhấp nhô như ngọn núi và điện áp này vẫn coi như 1 chiều nhưng chưa ổn định.

áp ổn định 5V

- Điện áp vào của 78xx là điện áp 1 chiều <= 40V - Dòng điện không vượt quá 1A

- Dòng đỉnh là 2.2A

- Công suất tiêu tán cực đại có tản nhiệt là 15W - Đảm bảo thông số là Vi-V0=2V đến 3V ( lúc đó mạch mới hoạt động ổn áp được)

- Tản nhiệt tốt cho 78xx khi 78xx rất nóng

Đôi với khi cấp 29V thì 78xx nóng khi có tải và chú ý tản nhiệt cho nó

Để nóng khá phát sinh thì 78xx sẽ bị hỏng.

2.2 Khối tạo tín hiệu

- Có nhiệm vụ phân biệt tín hiệu, mã hóa tín hiệu thành

nhưng chức năng để phát lệnh yêu cầu của mình mỗi phím chức năng tương ứng với 1 số thập phân Mạch sẽ chuyển hóa thành mã nhị phân tương ứng dưới mã tín hiệu gồm các

14

bit 0 và 1 số bít trong mã nhị phân gồm

4 bit và 8 bit tùy thuộc vào phím chức năng nhiều hay ít -Khối dao động có điều kiện khi nhấn 1 phím chức năng thì đồng thời khởi động dao động tạo xung đồng hồ, tần số xung đồng hồ xác định thời gian chuẩn mỗi bit.

- Khối chốt dữ liệu và khối chuyển song song ra nối tiếp : Mã nhị phân tại mạch mã hóa sẽ được chốt để đưa vào mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp Mạch chuyển đổi song song xang nối tiếp được điều khiển bởi xung đông hồ và mạch định thời gian nhằm kết thúc đúng lúc việc chuyển đồi đủ bit của 1 mã lệnh

- Thiết bị phát: Là 1 Led hồng ngoại Khi mã lệnh có giá trị bit = “1” thì led phát hồng ngoại trong khoảng thời gian T của bit đó Khi mã lệnh của bit có giá trị = “0” thì Led không sáng Do đó bên thu không nhận tín hiệu xem như bit = “0”.

2.2.2 Nguyên tắc thu

● Sơ đồ khối

Hình 1 5: Sơ đồ khối thu

- Khối thiết bị thu : Tia hồng ngoại được phát từ Led hồng ngoại hay các linh kiện quang khác

- Khuếch đại và tách sóng: Trước tiên khuếch đại tín hiệu rồi tách sóng nhằm triệt tiêu sóng mang và tách láy sóng tín hiệu cần lấy.

- Khối chuyển đổi nối tiếp xang song song và Khối giải mã: mã lệnh được đưa vào mạch chuyển đổi nối tiếp xang song song và đưa tiếp đưa tiếp qua khối giải mã thành số thập phân tương ứng dưới dạng 1 xung kích tại ngõ tương ướng để kích mở mạch điều khiển.

2.3 Khối mã hóa

● Khái niệm mã hóa tín hiệu

Mã hóa là phương pháp để biến thông tin (phim ảnh, văn bản, hình ảnh ) từ định dạng bình thường sang dạng thông tin không thể hiểu được nếu không có phương tiện giải mã.

● Sơ đồ khối

Hình 1 6: Sơ đồ khối giải mã

Bộ đếm IC có chức năng đếm số, mỗi xung tác động số sẽ nhảy trên led 7 thanh.

2.4 Khối hiện thị - Led 7 thanh

- Đèn thị thị gồm 7 đoạn 7 diode phát quang hay 7 chỉ thị tinh thể lỏng Mỗi bit thể hiện bắng sang led a,led b đến led g.

- Có 2 loại led là anot chung và katot chung - Nhờ 7 đoạn led này ta có thể đếm số từ 0 đến 9

16

Hình 1 7:Sơ đồ giải mã và hiển thị

● Giải mã BCD xang Led 7 thanh:

- Khi bộ Led 7 thanh được sử dụng rỗng rãi 1 con IC với tên là “bộ giải mã BCD xang 7 đoạn” nhằm đơn giản hóa việc sử dụng led 7 thanh Dữ liệu được định dạng kiểu nhị phân sau khi được IC xử lý sẽ được hiện thị chính xác lên Led 7 thanh với dạng số thừ 0 đến 9 - Mặc dù IC này không cần chốt, nhưng tròn IC có sẵn 4 bit.

CHƯƠNG II : THÔNG SỐ KĨ THUẬT VÀ SƠ ĐỒ CHÂN

Sơ đồ chân của IC7414:

Thông số kĩ thuật điện của IC7414:

Dải điện áp cung cấp: -0,5V đến + 7,0V

Dòng điện tối đa được phép rút qua mỗi đầu ra gate:

Khả năng chống nhiễu cao ESD tối đa: 2KV

Thời gian tăng điển hình: 85-625ns (tùy thuộc vào

Sơ đồ chân IC74192:

IC 74LS192 thiết kế có 16 chân với các chức năng cơ bản như sau:

 Chân số 2, 3, 6, 7 là các đầu ra của flip flop

Mô tả chức năng IC74192

+Sơ đồ chân IC7447

Dưới đây là sơ đồ chân của IC 7447:

 Chân số 1, 2, 6, 7 là đầu vào ứng với B, C, D, A

chân này sẽ được nối với led 7 thanh để điều khiển chúng.

nguồn 5V để IC hoạt động bình thường.

20

 Chân số 3 LT (Lamp Test) dùng để kiểm tra led 7 đoạn Nếu chân số 3 nối mass thì led sẽ sáng cùng lúc 7 đoạn Chân này chỉ dùng để kiểm tra xem led 7 thanh có bị hỏng đoạn

nào hay không thôi.

thấp thì toàn bộ đèn sẽ không sáng.

Nắm được sơ đồ chân của IC 7447 thì bạn sẽ có cách đấu nối các chân của IC phù hợp với led 7 thanh.

+Các thông số kĩ thuật IC7447.

+Các tính năng của IC7447

IC 7447 là IC thuộc họ logic rất phổ biến sử dụng các cổng logic, flip – flop và bộ đếm Các tính năng của IC đó là:

 Diode kẹp đầu vào nên không cần tốc độ cuối cao.

+Nguyên lí hoạt động IC7447

Sơ đồ nguyên lý của IC 74LS47: Như sơ đồ bên dưới, A,B,C,D ( Nối với Vi xử lý, mạch số counter,…), BI/RBO,RBI,LT ( chân điều khiển của 7447, tùy thuộc vào nhu cầu sẽ nối khác nhau) Các chân QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG nối lần lượt với chân a,b,c,d,e,f,g của led 7 thanh anot chung.

Mô tả cách thức hoạt động của IC trong mạch như sau: Các chân A, B, C, D: Đầu vào của 7447, nhận các giá trị theo nhị phân (BCD) từ 0 tới 15, tương ứng với mối giá trị nhận được sẽ giải mã ra đầu ra Q tương ứng

Chân QA-QG : Nối trực tiếp LED 7 thanh với QA=a,QB=b,QC=c,QD=d,QE=e,QF=f,QG=g, giá trị hiển thị trên LED 7 thanh phụ thuộc vào giá trị đầu vào của các mạch.

IC 7447 thường được sử dụng tại 4 trường hợp:

nhất) Chân BI/RBO phải bỏ trống hoặc nối lên mức cao,

22

chân RBI phải bỏ trống hoặc nối lên mức cao, chân LT phải bỏ trống hoặc nối lên mức cao.

LED đều không sáng bất chấp trạng thái của các ngõ vào

còn lại.

LT phải nối xuống mức thấp Tất cả các thanh của LED 7 đoạn đều sáng, bất chấp các ngõ vào BCD Dùng để Kiểm tra các đoạn của LED 7 đoạn còn sống hay không.

 Bỏ trạng thái số 0 khi giá trị BCD tại ngõ vào bằng 0 thì tất cả các đoạn của LED 7 thanh đều tắt Chân RBI ở mức thấp và chân BI/RBO phải bỏ trống và nó đóng vai trò là ngõ ra.

CHƯƠNG III : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH ĐẾM SỐNGƯỜI RA VÀO CỬA SIÊU THỊ

1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động các khối và tinh toán chọn lọc linh kiện

1.1 Khối nguồn

HÌnh 2 1: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn

● Tính toán chọn linh kiện

- Yêu cầu đề bài là điện áp 5V DC mà điện áp đầu vào là 220V AC nên ta có thể dùng máy biến áp 220V AC – 24V DC 3A , 220V AC – 12V DC 1A trong đề tài này chúng em chọn 220V AC – 24V DC 3A vì có sẵn trong bộ linh kiện của chúng em

- Chỉnh lưu cầu

Tụ lọc có điện dung lớn để san phảng điên áp giảm độ gợn của sóng

Trong đồ án này chúng em chọn tụ 1000µ và 100µ để san phẳng điện áp

Tụ lọc cao tần 104 vì tụ này có tần số lọc lơn Chứng minh bới công thức

1.2 Khối thu phát tín hiệu

HÌnh 2 2: Khối thu phát tín hiệu

● Lựa chọn linh kiện

- Led thu phát có 2 loại: loại 2 chân và 3 chân Trong đồ án này chúng em sử dụng loại 2 chân vì giá thành rẻ mà vẫn hiệu quả Led phát màu trằng, Led thu màu đen - Sử dụng con tranzitor NPN như 1 khóa điện từ để đưa tín hiệu cho IC 7414

1.3 Khối đếm hiển thị

HÌnh 2 3: Sơ đồ nguyên lý của mạch đếm hiển thị.

-Lựa chọn linh kiện

+Cổng NOT là cổng logic có 1 ngõ vào và 1 ngõ ra là y=X.

+ Kí hiệu:

Có nhiều IC cấu tạo của nó tích hợp nhiều cổng NOT như IC7404, IC7413, IC7414 Đồ án này ta sử dụng IC7414 (Xem phụ lục 2-Trang 26).

-IC mã hóa - đếm

Có nhiều loại IC dùng để mã hóa như: IC74192,

26

IC74193, Trong đồ án này ta sử dụng IC74192 (Xem phụ lục 3-Trang 28).

- IC giải mã

Các IC hỗ trợ đếm, giải mã led 7 thanh như CD4511, 74HC47, 74HC48 Trong mạch này ta dùng IC 7447 để giải mã (Xem phụ lục 4 Trang 33).

-Led hiển thị

Trong các thiết bị, để hiển thị trạng thái hoạt động của các thiết bị đó cho người sử dụng với các dãy số là đơn thuần người ta sử dụng Led 7 đoạn để hiển thị Vậy để hiển thị từ 0 đến 99 số người đi ra vào cửa siêu thị ta sử dụng 2 con led 7 đoạn.

2 Sơ đồ nguyên lí và nguyên tắc hoạt động của toàn mạch 2.1 sơ đồ nguyên lí toàn mạch

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lí toàn mạch2.2 Nguyên tắc hoạt động của mạch

 Nguồn một chiều:

Sau khi dùng máy biển áp ta được nguồn điện 24VAC Sau đó ta cho nguồn điện qua cầu chỉnh lưu Lúc này nguồn điện được chuyển từ tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu một chiều Tiếp theo ta cho nguồn điện qua tụ điện để lọc phẳng tần số Cuối cùng ta cho nguồn điện qua IC 7805 và trở thành nguồn điện 5VDC cấp nguồn cho mạch điện

28

Khi được cấp nguồn 1 chiều 5V có 2 trường hợp xảy ra là có tín hiệu (người) đi qua và không có người đi qua  Khi không có tín hiệu đi qua.

- Led phát thu vẫn hoạt động bình thường vì toàn mạch được cấp nguồn 5V Led phát vẫn phát tín hiệu để led thu nhận, khi led thu nhận tín hiệu thì điện trở led thu giảm gần như bằng OV, nên dòng điện đó sẽ đi thẳng xuống mass Do đó tranzitor không dẫn vì theo công thức tinh: U = (Ux RB led thu) (Rled thu + R₂) = (5 x 0)/(0+10) = 0V.

Do đó điện áp 5V qua R4 sẽ chảy xuống JP2 của mạch phát (JP1 của mạch đếm) Đầu vào cổng NOT lúc này sẽ là mức cao, qua cổng NOT sẽ là mức thấp, tín hiệu xung vào IC74192 lúc này sẽ là xung mức thấp nên IC74192 sẽ không đếm, không có tín hiệu cho IC7447 nên sẽ không hiển thị trên led 7 thanh.

 Khi có tín hiệu đi qua

- Tín hiệu đó sẽ che led thu, led thu sẽ không nhận được tín hiệu của

led phát điện trở led thu sẽ rất lớn nên điện áp trên cực B của

tranzitor sẽ lớn hơn 0V.

Vì công thức : Us=(Ux Red thu)/(Red thu +R)

Tranzitor dẫn gây sụt áp trên cực C của tranzitor, lúc đó

mass), chân JP1 ở mức thấp khi qua cổng NOT sẽ được đảo thành mức cao Vì chân 5 (đầu vào- JP1) của IC 74192 tích cực ở mức thấp nên nó sẽ nhảy trạng thái tức là bộ mã hóa lúc này sẽ có đầu ra là 0001

Khi giải mã xong thì tín hiệu sẽ được hiển thị trên led 7 thanh là 01 và nó sẽ giữ nguyên trạng thái này cho đến khi có sản phẩm tiếp theo đi qua và đi khỏi đường sáng laser thì nó sẽ nhảy trạng thái tiếp theo là 02 Cứ như vậy khi có sản phẩm tiếp theo đi qua thì nó sẽ hoạt động tương tự như trên 3 Yêu cầu đồ án Số đếm phải chính xác, và thay đổi việc cài đặt số đếm ban đầu một cách linh hoạt Theo yêu cầu đề tài thì mạch sẽ chỉ đếm được từ 0 đến 99 nên khi đếm đến 99, mà vẫn có tín hiệu (người) thì sẽ bị tràn và bắt đầu đếm vòng tiếp theo Bộ phận hiển thị phải rõ ràng Mạch phải hoạt động tốt khi có và không có tín hiệu Khi hiển thị trên led 7 thanh phải đúng với số lượng tín hiệu đưa vào Để bảo vệ led thu phat, hiển thị không bị cháy cần đưa vào mạch các con điện trở khoảng 1kilom Mạch điện không quá phức tạp, bảo đảm được sự an toàn,dễ sử dụng Giá thành không quá mắc.

30