Đồ Án môn học tên Đề tài thiết kế chế tạo mạch Đếm sản phẩm tự Động dùng cảm biến hồng ngoại

ký hiệu của biến trở + Công dụng: dùng để thay đổi giá trị điện trở qua đó làm thay đổi giá trị điện áp hay dòng điện ra trên biến trở.. + Loại A:chỉnh thay đổi chậm đều, được sử dụng để

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Tên đề tài: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM TỰ ĐỘNG DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI

Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN THỊ THÙY DUNG

Sinh viên thực hiện :

Lớp:

Khóa học: 2021-2022

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hưng Yên, Ngày…Tháng…Năm 2021

Giáo Viên Hướng Dẫn

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hưng Yên, Ngày…Tháng…Năm 2021 Giáo viên Phản Biện

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 7

Chương 1: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN – GIỚI THIỆU LINH KIỆN 8

2.1 Sơ đồ khối của mạch đếm sản phẩm 26

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU

Hình 1.1 ký hiệu của điện trở 8

Hình 1.2 hình dạng thực của điện trở 9

Bảng 1.1 mã màu của điện trở 4 vạch màu 9

Bảng 1.2 mã màu của điện trở 5 vạch màu 10

Bảng 1.3.giá trị điện trở 11

Hình 1.3 ký hiệu của biến trở 12

Hình 1.4 ký hiệu của tụ điện 13

Hình 1.5 hình dạng và giá trị của tụ điện 14

Bảng 1.4 bảng trạng thái của hàm NOT 15

Hình 1.6 giản đồ thời gian của cổng NOT 16

Hình 1.7 ký hiệu logic của cổng NOT 16

Hình 1.8 sơ đồ chân của IC 74HC14 16

Hình 1.9 sơ đồ chân của IC 74LS192 17

Bảng 1.5 bảng trạng thái đếm của IC 74LS192 17

Hình 1.10 sơ đồ chân IC 74LS247 20

Bảng 1.6 bảng trạng thái đếm của IC 74LS247 21

Hình 1.11 sơ đồ chân của IC 7805 22

Hình 1.12 cấu tạo sơ đồ chân của led 7 đoạn 23

Hình 1.14 hình ảnh thực tế của led 7 đoạn 24

Hình 1.15 các số hiển thị trên led 7 đoạn 25

Bảng 1.7 bảng mã hiển thị led 7 đoạn 25

Hình 2.1 sơ đồ khối toàn mạch 27

Hình 2.2 sơ đồ nguyên lý của khối nguồn 27

Hình 2.3 cảm biến quang điện hồng ngoại 28

Hình 2.4 sơ đồ khối ghi dịch và reset bằng nút nhấn 30

Hình 2.4.1: Sơ đồ đếm nhị phân đồng bộ 4 bit 32

Hình 2.5 sơ đồ khối hiển thị 33

Hình 2.6 sơ đồ nguyên lý mạch đếm sản phẩm 34

Hình 2.7 sơ đồ mạch boar 35

Hình 2.8 mạch đếm sản phẩm trong thực tế 36

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật trên con đường công nghiệp hóa và hiện đại đất nước,ngành điện tử nói chung đã có những bước tiến vượt bậc và mang lại những thành quả đáng kể.Để thúc đẩy nền kinh tế của đất nước ngày càng phát triển đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo trong giáo dục.Trường ĐHSPKT Hưng Yên là một trong số những trường đã rất trú trọng đến việc hiện đại hoá trang thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả trong giảng dạy cũng như giúp sinh viên có khả năng thực tế cao.

Để các sinh viên tăng khả năng tư duy và làm quen với công việc thiết kế,chế

tạo chúng em đã được giao cho thực hiện đồ án: “THIẾT KẾ CHẾ TẠO MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM TỰ ĐỘNG DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI” nhằm củng

cố về mặt kiến thức thực tế, tổng hợp và nâng cao kiến thức chuyên ngành Sau khi nhận đề tài, nhờ sự giúp đỡ, hướng dẫn tận tình của thầy giáo,giảng

viên :NGUYỄN THỊ THÙY DUNG cùng với sự nỗ lực cố gắng của cả nhóm, sự

tìm tòi, nghiên cứu tài liệu, đến nay đồ án của chúng em về mặt cơ bản đã hoàn thành Trong quá trình thực hiện dù đã rất cố gắng nhưng do trình độ còn hạn chế,kinh nghiệm còn ít nên không thể tránh khỏi sai sót Chúng em mong nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo trong khoa để đồ

án của chúng em ngày càng hoàn thiện hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Nhóm sinh viên thực hiện

Chương 1: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN – GIỚI THIỆU LINH KIỆN 1.1 Điện trở

1.1.1 Khái niệm,ký hiệu và phân loại

Chuẩn EU Chuẩn US Biến trở Điện trở nhiệt Quang trở

Hình 1.1 ký hiệu của điện trởc.Phân loại điên trở

- Phân loại theo cấu tạo có 3 loại cơ bản:

+ Than ép: loại này có công suất < 3W và hoạt động ở tần số thấp

+ Màng than loại này có công suất > 3W và hoạt động ở tần số cao

+ Dây quấn: loại này có công suất > 5W và hoạt động ở tần số thấp

- Phân loại theo công suất:

+ Công suất nhỏ: có kích thước nhỏ nhất

+ Công suất trung bình: có kích thước lớn hơn

+ Công suất lớn: có kích thước lớn nhất

- Lưu ý:

+ Kích thước càng lớn khả năng tản nhiệt càng nhiều và ngược lại

+ Khi ghép nối hay thay thế điện trở ta chọn loại có cùng công suất.

d.Hình dạng thực tế một số loại điện trở

6 , 8 1 0 W

Điện trở thường Điện trở công suất Biến trở

Hình 1.2 hình dạng thực của điện trở1.1.2 Mã màu của điện trở

b.Điện trở 5 vạch màu

Bảng 1.2 mã màu của điện trở 5 vạch màu

c.Ký hiệu giá trị điện trở thực

Vạch 4(sai số)

3.3 Ω

0.33MΩ 3.3MΩ 33MΩ

1.1.3 Xác định chất lượng của điện trở

- Để xác định chất lượng của điện trở chúng ta có những phương pháp sau:

+ Quan sát bằng mắt: kiểm tra xem màu sắc thân điện trở có chỗ nào bị đổi màu hay không,nếu có thì giá trị của điện trở có thể thay đổi trong quá trình làm việc + Dùng đồng hồ vạn năng và kết hợp với chỉ số ghi trên thân của điện trở để xác định chất lượng của điện trở

- Những hư hỏng thường gặp:

+ Đứt: dùng đồng hồ để đo nhưng kim đồng hồ không lên

+ Cháy: do làm việc quá công suất chịu đựng

+ Tăng trị số: thường xảy ra ở các điện trở bột than ,do lâu ngày hoạt tính của lớp bột than bị biến chất làm tăng trị số của điện trở

+ Giảm trị số: thường xảy ra ở các loại điện trở dây quấn ,do bị chạm một số vòng dây

1.1.4 Các loại điện trở đặc biệt

a.Điện trở nhiệt ( Thermitor)

- Loại này được chế tạo từ chất bán dẫn nên có khả năng nhạy cảm với nhiệt độ + Nhiệt độ tăng làm tăng giá trị của điện trở

+ Nhiệt độ giảm làm giảm giá trị của điện trở

b.Biến trở

Ký hiệu V R T V R

Loại thông thường Loại vi chỉnh

Hình 1.3 ký hiệu của biến trở + Công dụng: dùng để thay đổi giá trị điện trở qua đó làm thay đổi giá trị điện áp hay dòng điện ra trên biến trở

+ Loại thông thường đòi hỏi sự điều chỉnh với độ chính xác không cao

+ Loại vi chỉnh dùng để hiệu chỉnh độ chính xác trong mạch điện

- Lưu ý:

Đối với biến trở loại than có 2 loại A và B

+ Loại A:chỉnh thay đổi chậm đều, được sử dụng để thay đổi âm lượng lớn hay nhỏ trong ampli,cassette,radio,TV hoặc chỉnh độ tương phản,độ sáng.Loại này cònđược gọi là biến trở tuyến tính

+ Loại B: chỉnh thay đổi đột biến nhanh,sử dụng chỉnh âm sắc trầm bổng ở

ampli.Loại này còn được gọi là biến trở phi tuyến hay biến trở loga

- Cách đo biến trở:

+ Vặn đồng hồ vạn năng về thang Ohm

+ Đo cặp chân 1-3 rồi đối chiếu với giá trị ghi trên thân biến trở

+ Đo tiếp cặp chân 1-2 rồi dùng tay vặn chỉnh thử xem kim đồng hồ thay đổi: Nếu thay đổi chậm ta xác định biến trở là loại A

Nếu thay đổi nhanh ta xác định là biến trở loại B

+ Nếu kim đồng hồ thay đổi rồi lại chuyển về rồi lại trở lại vị trí gần đó thì biếntrở bị bẩn,rỗ mặt

1 C





Đơn vị: Fara (F)

b.Ký hiệu của tụ điện

d.Đặc điểm của tụ điện

+ Dùng để nạp, xả điện,chỉ cho tín hiệu xoay chiều đi qua ngăn tín hiệu 1 chiều + Khả năng nạp xả nhiều hay ít phụ thuộc vào điện dung C của tụ

+ Đơn vị đo điện dung ở mạch điện tử gồm: pF;nF;µF.

+ Khi sử dụng ta cần quan tâm tới: điện dung của tụ và điện áp của tụ (cho biết giới hạn chịu đựng của tụ )

0 1

5 0

H.3C=0.01 µFU=50V

1 5 0 0

1 , 5 K V

H.4C=1500pFU=1,5 kV

1 0 0 0 µ F 2 5 V

H.7C=1000 µFU=25V

Hình 1.5 hình dạng và giá trị của tụ điện + Cũng tương tự như điện trở tùy thuộc vào kích thước của tụ mà người ta có thể ghi trực tiếp giá trị của tụ nên thân tụ ( H4,H5,H6,H7)

+ Nếu tụ nhỏ người ta có thể quy ước như H1,H2,H3

+ Với tụ 104 thì tương ứng là 10.104 đơn vị tính là pF

+ Với tụ ghi 2 số thì đọc trực tiếp giá trị đơn vị là nF

+ Với tụ 01 thì tương ứng là 0.01 và đơn vị là µF

1.2.2 Xác định chất lượng tụ điện

- Dùng thang đo Ohm của đồng hồ vạn năng chỉ thị kim.

+ Khi đo tụ > 100 µF: chọn thang đo x1

+ Khi đo tụ 10 µF đến 100 µF: chọn thang đo x10

+ Khi đo tụ 104 đến 10 µF: chọn thang đo x1K

+ Khi đo tụ 102 đến 104: chọn thang đo x10K

Cách đo: đo 2 lần có đảo chiều que đo

+ Nếu kim vọt lên rồi trả về hết: khả năng nạp xả của tụ còn tốt

+ Nếu kim vọt lên 0Ω: tụ bị nối tắt (bị đánh thủng,chạm chập)

+ Nếu kim vọt lên rồi trả về không hết: tụ bị rò rỉ

+ Nếu kim vọt lên và trả về lờ đờ: tụ bị khô

+ Nếu kim không lên: tụ bị đứt

- Giản đồ thời gian:

- IC 74HC14 có chức năng đảo các giá trị vào từ mức cao (high) xuống mức mức thấp (low) ngược lại.ngoài ra nó còn có chức năng là nắn chỉnh tạo xung vuông.Chức năng của các chân:

+ Tín hiệu vào ở các chân 1,3,5,9,11,13 và ra ở các chân 2,4,6,8,10,12

+ Chân 7 được nối mass GND, chân 14 được nối với dương nguồn Vcc

 Chân UP/DOWN

Nếu chân PL luôn đấu với GND( mức 0) à đầu ra luôn hiển thị giá trị set và bộ đếm không hoạt động

- IC 74LS192 là IC đếm mã BCD 4 bit và có thể đếm lùi và đếm tiến

+ Các giá trị ra được thể hiện ở các chân output:QA,QB,QC,QD tương ứng là các chân 2,3,6,7 trong đó QA là LSB còn QD là MSB

+ các chân input: A,B,C,D tương ưng là các chân 15,1,10,9 là các chân điều khiển giá trị bắt đầu đếm.Chân reset (chân 14) để reset tín hiệu về 0

+ Chân Down Clock ( chân 4) khi có xung cấp vào thì giá trị sẽ được đếm lùi + Chân Up Clock (chân 5) khi có xung cấp vào thì giá trị sẽ được đếm tiến

+ Chân CO (chân 12 ) và chân BO (chân 13 ) là chân liên kết với IC 74LS192 khác

để tăng giá trị đếm,đếm được giá trị cao hơn.còn chân 11 là chân cài sẵn tín hiệu.+ Chân Vcc (chân 16) cấp nguồn cho IC Chân GND (chân 8) là chân nối mass

1.5 IC 74LS247

- Là IC giải mã cho led 7 đoạn anot chung chuyển từ mã BCD sang số thập phân hiển thị ra led 7 đoạn

Hình 1.10 sơ đồ chân IC 74L2S47 + Chân input: A,B,C,D tương ứng là các chân 7,1,2,6 được nối với các chân đầu racủa IC đếm

+ Chân BI/RBO,RBI,LT: chân điều khiển của IC 74LS247.tùy thuộc vào nhu cầu

sẽ đấu nối khác nhau

+ ChânQA,QB,QC,QD,QE,QF,QG nối lần lượt với các chân a,b,c,d,e,f,g của led 7đoạn anot chung

- Mô tả cách thức hoạt động:

+ Chân đầu vào của 74247 sẽ nhận các ra trị từ 0 tới 9 từ đầu ra của IC

đếm.Tương ứng với mỗi giá trị nhận được sẽ giải mã ra đầu ra Q tương ứng

+ Chân QA QG: nối trực tiếp vào Led 7 đoạn để hiện thị ra số thập phân

+ Ta có bảng trạng thái đếm của IC 74LS247 như sau:

Ví dụ: 7805 ổn áp 5V,7812 ổn áp 12V.

- Dòng cực đại của IC 7805 có thể duy trì là 1A

- Dòng đỉnh là 2.2A

- Công suất tiêu tán cực đại nếu không dùng tản nhiệt là: 2W

- Công suất tiêu tán cực đại nếu dùng tản nhiệt đủ lớn là: 15W

- Chênh lệch điện áp vào và ra tối thiểu là 2V

- Sơ đồ chân IC 7805:

Hình 1.11 sơ đồ chân của IC 7805 + Chân 1: là chân Input

+ Chân 2: là chân nối GND

+ Chân 3: là chân Output

- Ngõ ra luôn Output luôn ổn định điện áp trong khoảng 4.8V 5.2V IC 7805 dùng để bảo vệ những mạch chỉ hoạt động ở điện áp khoảng 5V, nếu nguồn điện

có sự cố đột ngột: điện áp tăng cao thì mạch vẫn hoạt động ổn định nhờ có IC 7805vẫn giữ được điện áp ra khoảng 5V

- Chân IN của 7805 sẽ được cấp điện áp 7V 12V từ đầu ra của máy biến áp.và điện áp này sẽ qua tụ điện để giúp cho nguồn ổn định hơn.

1.7 Cầu diode – Led 7 đoạn

Hình 1.13 cấu tạo sơ đồ chân của led 7 đoạn

+ Chân số 1,2,4,6,7,9,10 được nối với IC giải mã,cấp tín hiệu cho các thanh của led để hiện thị ra số thập phân

+ Chân 3,8 là chân cấp nguồn cho led được nối với Vcc

Hình 1.14 hình ảnh thực tế của led 7 đoạn

+ Led 7 đoạn là phần tử hiện thị thông dụng,để hiện thị các phần tử số từ 0 tới

9 trong một hệ thập phân.Nó gồm 7 đoạn xếp thành hình số 8 mỗi đoạn là 1 diode phát quang hoặc hiển thị tinh thể lỏng.Diode thường được cấu tạo từ cácchân Ga,As.Nó cũng có tính chất như chỉnh lưu diode thường,nhưng khi điện

áp thuận rơi trên diode vượt quá điên áp Ung nào đó thì diode sáng.điên áp ngưỡng thay đổi từ 1.5V đến 5V tùy theo từng loại có màu sắc khác nhau: Led màu đỏ có Ung =1.6V 2V

Led màu cam có Ung = 2.2V 3V

Led màu xanh lá cây có Ung = 2.8V 3.2V

Led màu vàng có Ung =2.4V 3.2V

Led màu xanh da trời có Ung =3V 5V

Hình 1.15 các số hiển thị trên led 7 đoạn

Bảng 1.7 bảng mã hiển thị led 7 đoạn

1.8 Cảm biến quang phản xạ

+) Cảm biến quang là gì?

Cảm biến quang là một thiết bị điện tử có khả năng phát hiện các vật thể từ xa trong không gian nhờ bộ phận thu sáng nhằm giúp người sử dụng có thể dễ dàng phát hiện các vật dụng xung quanh khu vực lắp đặt cảm biến quang, nhất là trong đêm tối Khi có ánh sáng chiếu trực tiếp vào bề mặt, cảm biến quan sẽ bị thay đổi chức năng và tính chất, vì vậy quý khách nên lưu ý khi sử dụng thiết bị này

+) Đặc điểm cấu tạo cảm biến quang

Bộ thu sáng

Đây là thiết bị có chức năng thu tín hiệu ánh sáng cung cấp cho bộ phát sáng và xử

lí tín hiệu, bộ phát sáng được xem như đầu vào của nguồn thông tin được cảm biếnquang phát hiện Để bộ thu sáng hoạt động một cách tốt nhất, nên lưu ý lắp đặt cho

bộ thu sáng hướng ra ngoài nơi thoáng đãng và thường xuyên vệ sinh sạch sẽ.

Bộ xử lí tín hiệu đầu ra

Bộ xứ lí tín hiệu đầu ra là bộ phận quan trọng bậc nhất của cảm biến quang, đây được xem như bộ phận trung tâm có chức năng xử lí toàn bộ thông tin thu vào để phát ra ngoài nhằm thông báo tín hiệu cho người dùng biết

+) Phân loại cảm biến quang

Cảm biến quang thu phát chung

Cảm biến quang thu phát chung là một thiết bị thu phổ thông có khả năng thu phát thông tin từ nhiều nguồn khác nhau và cũng là dòng sản phẩm cảm biến quang được sử dụng nhiều nhất bởi có ưu điểm đa năng

Ở đây chúng em dung cảm biến thu phát chung vì nó phổ biến và phù hợp với kinh phí để chế tạo.

Cảm biến quang phản xạ gương

Cảm biến quang phản xạ gương là thiết bị thu phát tín hiệu thông qua phản xạ lăng kính, đây là một thiết bị thông minh có thể sử dụng trong nhiều không gian khác nhau, đặc biệt là các không gian kín Cảm biến quang phản xạ gương có khả năng thu và phát tín hiệu nhanh chóng, hiệu quả và chính xác

Cảm biến quang phản xạ khuếch tán

Cảm biến quang phản xạ khuếch tán là một dạng cảm biến quang phản xạ đặc biệt

có khả năng thu và phát thông tin từ nguồn sáng khuếch tán Đối với những môi trường có nguồn sáng mạnh, nhất là ngoài trời, việc sử dụng cảm biến quang phản

xạ khuếch tán chắc chắn sẽ là lựa chọn hàng đầu và tối ưu dành cho bạn

+)Ưu, nhược điểm của cảm biến quang

Ưu điểm cảm biến quang

+ Có thể phát hiện các vật thể ở khoảng cách xa mà không cần tiếp xúc trực xúc gần hoặc trực tiếp, khoảng cách trung bình mà cảm biến quang có thể thu nhận thông tin có thể lên đến 10m.

+ Tuổi thọ trung bình của sản phẩm cao, ít bị lỗi kĩ thuật và dễ dàng lắp đặt

+ Có thể sử dụng trong nhiều không gian, thuận tiện cho việc vệ sinh, bảo trì và di chuyển

+ Giá thành hợp lí

Nhược điểm cảm biến quang

Về nhược điểm, cảm biến quang có một số nhược điểm mà quý khách cần phải lưu

ý khi sử dụng như: tính chất của cảm biến quang sẽ bị thay đổi khi có nguồn sáng trực tiếp vào bề mặt và sẽ hoạt động yếu khi bị bám bẩn Do đó, khi sử dụng quý khách nên lưu ý thường xuyên vệ sinh bề mặt của cảm biến quang

+) Vai trò của cảm biến quang

Cảm biến quang là một thiết bị thông minh có khả năng thu nhận thông tin trong không gian vô cùng quan trọng trong đời sống ngày nay Mặc dù không có tín năngvượt trội bằng các loại camera chuyên dụng Song, với mức giá thành và khả năng thu nhận nhạy cảm, cảm biến quang vẫn được ưu tiên lựa chọn sử dụng trong nhiềuhoạt động đời sống, nhất là trong sản xuất

+) Ứng dụng của cảm biến quang

Với chức năng là một thiết bị thu nhận tín hiệu, cảm biến quang được sử dụng trong nhiều hoạt động như: quan sát xe trong hầm hoặc bãi giữ xe, kiểm tra các loại nguyên liệu và sản phẩm trong quy trình rửa, kiểm tra đường di chuyển của xe

ô tô, xác định độ dày của các loại hạt, kiểm tra các loại nhãn trên chai lọ, phát hiện người và vật thể ra vào nhà, mở các loại vòi bằng sóng nhiệt,…

Chương 2: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHẾ TẠO MẠCH

2.1 Sơ đồ khối của mạch đếm sản phẩm