Thiết kế mạch đếm sản phẩm ứng dụng PLC và Vi điều khiển

Thiết kế mạch đếm sản phẩm ứng dụng PLC và Vi điều khiểnThiết kế mạch đếm sản phẩm ứng dụng PLC và Vi điều khiểnThiết kế mạch đếm sản phẩm ứng dụng PLC và Vi điều khiểnThiết kế mạch đếm sản phẩm ứng dụng PLC và Vi điều khiểnThiết kế mạch đếm sản phẩm ứng dụng PLC và Vi điều khiểnThiết kế mạch đếm sản phẩm ứng dụng PLC và Vi điều khiểnThiết kế mạch đếm sản phẩm ứng dụng PLC và Vi điều khiểnThiết kế mạch đếm sản phẩm ứng dụng PLC và Vi điều khiểnThiết kế mạch đếm sản phẩm ứng dụng PLC và Vi điều khiểnThiết kế mạch đếm sản phẩm ứng dụng PLC và Vi điều khiểnThiết kế mạch đếm sản phẩm ứng dụng PLC và Vi điều khiểnThiết kế mạch đếm sản phẩm ứng dụng PLC và Vi điều khiểnThiết kế mạch đếm sản phẩm ứng dụng PLC và Vi điều khiểnThiết kế mạch đếm sản phẩm ứng dụng PLC và Vi điều khiểnThiết kế mạch đếm sản phẩm ứng dụng PLC và Vi điều khiểnThiết kế mạch đếm sản phẩm ứng dụng PLC và Vi điều khiểnThiết kế mạch đếm sản phẩm ứng dụng PLC và Vi điều khiểnThiết kế mạch đếm sản phẩm ứng dụng PLC và Vi điều khiểnThiết kế mạch đếm sản phẩm ứng dụng PLC và Vi điều khiểnThiết kế mạch đếm sản phẩm ứng dụng PLC và Vi điều khiểnThiết kế mạch đếm sản phẩm ứng dụng PLC và Vi điều khiểnvv

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ thuật, đã làm cho cuộcsống của chúng ta ngày càng được nâng cao về mọi mặt cả trong sinh hoạt hàng ngàycũng như trong sản xuất Với xu hướng tự động hoá và mục tiêu tăng năng suất laođộng nhiều thiết bị máy móc và các mạch điện tử đã được nghiên cứu và ứng dụngtrong thực tế sản xuất Với sự ra đời của các mạch điện tử đã làm tăng đáng kể năngsuất lao động và làm giảm sức lao động của con người trong quá trình sản xuất Trongtài liệu này chúng tôi xin giới thiệu một mạch điện tử đã được ứng dụng nhiều trongthực tế đó là mạch đếm sản phẩm Mạch điện tử này có độ chính xác cao và dễ sửdụng, nó đã thay thế cho các công nhân đứng máy nâng cao năng suất lao động tănghiệu suất làm việc của máy móc

Mục đích của mạch đếm sản phẩm là giúp cho nhà máy, xí nghiệp đếm được sốlượng sản phẩm của máy tạo ra một cách đơn giản, chính xác hiệu quả và năng suấtcao mà không cần tốn sức của công nhân

Yêu cầu của mạch đếm sản phẩm là chạy một cách chính xác, mạch chạy ổnđịnh, gọn nhẹ, dễ lắp đặt, dễ sữa khi có hỏng hóc và rẽ tiền

Dựa trên phương pháp nghiêng cứu và phân tích đặc tính chức năng của các linhkiện điện tử, nguyên lý làm việc của các các IC và áp dụng những kiến thức đã họccùng với sự hướng dẫn của giáo viên phụ trách để nghiên cứu xây dựng nên một mạch

có chức năng đếm sản phẩm hoạt động tốt ổn định và đúng với yêu cầu đề tài

Mạch đếm sản phẩm là mạch thuộc đề tài đồ án 1, nghiên cứu và thực hiện đồ

án 1 giúp sinh viên làm quen với việc làm đồ án tốt nghiệp, làm quen với cách học tựnghiên cứu, học tập và làm việc chung với nhóm

Do kiên thúc còn hạn hẹp và chưa có kinh nghiệm nghiên cứu và cách làm đồ

án Nên trong quá trình thực hiện đề tài này không tránh khỏi những thiếu xót Rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn Chúng em xin chân thành

đã giúp đỡ chúng em trong quá trình làm đồ án.

Đặc biệt chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Công Nghiệp TP.Hồ Chí Minh, và các thầy cô trong truờng đã truyền đạt cho chúng em những kiến thức hay và bổ ích

Chúng em xin chan thành cảm ơn

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG

TRONG MẠCH

1.1 IC 7490

1.1.1 Sơ đồ chân và chức năng của các chân.

Trong các mạch số ứng dụng, ứng dụng đếm chiếm một phần tương đối lớn IC

7490 là IC đếm thường được dùng trong các mạch số ứng dụng đếm 10 và trong cácmạch chia tần số

IC 7490 là IC 14 chân,trongđó:

Chân 14 nhận xung vào

Chân 12,11,9,8 dữ liệu ngõ ra

1.1.2 Cấu tạo và xử lý tín hiệu của IC 7490

Cấu tạo của IC 7490 như hình sau :

Hình 2 Cấu tạo của IC 7490

Trong cấu tạo của IC 7490, ta thấy có thêm các ngõ vào Reset0 và Reset9 Bảng giá trị của IC 7490 theo các ngõ vào Reset như sau:

Hình 3 Bảng giá trị cho các ngõ vào Reset IC 7490

Hình 4.Bảng trạng thái kiểu điếm Hình 5 Bảng trạng thái kiểu điếm

2x5 của IC 7490 5x2 của IC 7490

Dạng sóng ngõ ra sau cùng trong 2 trường hợp trên:

Hình 6 Dạng sóng ngõ ra theo hai kiểu điếm của 7490

Theo như hình, ta thấy dạng sóng ở các ngõ ra của hai mạch cùng đếm 10 nhưng khác nhau:

Kiểu đếm 2x5 cho tín hiệu ra ở QD không đối xứng

Kiểu đếm 5x2 cho tín hiệu ra ở QA đối xứng

Bảng sự thật của IC 7490

Hình 7 Bảng sự thật của IC 7490

1.2 IC 7447

1.2.1 Sơ đồ chân và chức năng của các chân.

Chân 1,2,6,7 tín hiệu ngõ vào

Chân 3 hiển thị số 0

Chân 4 kiểm tra led 7 đoạn

Chân 5 chốt trạng thái trước đó

Chân 8 nối nguồn GND

Chân 9,10,11,12,13,14,15 là mức logic ngõ ra

Chân 16 nối nguồn dương VCC

Sơ đồ chân của IC 7447 như sau :

Hình 8 Sơ đồ chân IC 7447

1.2.2 Cấu tạo và sử lý tín hiệu của IC 7447

IC 7447 là IC giải mã led 7 đoạn.IC này thuộc họ TTL.Nó nhận tính hiệu BCD

từ ngõ ra QA,QB,QC,QD của IC 7490 để giải mã ra led 7 đoạn

Cấu tạo của IC 7447 như sau :

Hình 9 Sơ đồ cấu tạo IC 7447

vào có 4 chân là 7,1,2,6 tương ứng với D, C, B, A trong đó mức ý nghĩa giảm dần từ

D đến A IC này có chân 3(LT) dùng để kiểm tra led 7 đoạn tức là chân này nối với mức 0V thì các ngõ ra đều là mức cao hay led 7 đoạn hiển thị số 0, chân 5(RBI) là chân cho phép hoạt động Chân 4 (BI) dùng để ngắt chế độ hoạt động

Vì các chân ngõ ra của IC 7447 là mức thấp cho nên ta phải sử dụng led loại Anot chung

Ta có bảng sự thật như sau :

Hình 10 Bảng sự thật của IC 7447

Sơ đồ hiển thị led 7 đoạn của IC 7447

Hình 11 Sơ đồ hiển thị led 7 đoạn của IC 7447

1.3 IC tạo xung LM 555

đặc biệt là trong lĩnh vực điều khiển vì nếu kết hợp với các linh kiện RC thì nó có thể định thì hoặc tạo xung chuẩn, tạo tín hiệu kích hay điều khiển các linh kiện bán dẫn công suất như Transistor , SCR , Triac…

Chân số 1(GND): cho nối mase để lấy dòng cấp cho IC

Chân số 2(TRIGGER): ngõ vào của 1 tần so áp, mạch so áp dùng các transistor PNP Mức áp chuẩn là 2*Vcc/3

Chân số 3(OUTPUT): Ngõ ra trạng thái ngõ ra chỉ xác định theo mức volt cao (gần bằng mức áp chân 8) và thấp (gần bằng mức áp chân 1)

Chân số 4(RESET): dùng lập định mức trạng thái ra Khi chân số 4 nối masse thì ngõ ra ở mức thấp Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo mức áp trên chân 2 và 6

Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC

555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối mass Tuy nhiên trong hầu hết các mạch ứng dụng chân số 5 nối mass qua 1 tụ từ 0.01uF-0.1uF, các tụ

có tác dụng lọc bỏ nhiễu giữ cho mức áp chuẩn ổn định

Chân số 6(THRESHOLD) : là ngõ vào của 1 tầng so áp khác mạch so sánh dùng các transistor NPN mức chuẩn là Vcc/3

Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem như 1 khóa điện và chịu điều khiển bỡi tầng logic khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại ngược lại thì nó mở ra Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động

Chân số 8 (Vcc): cấp nguồn nuôi Vcc để cấp điện cho IC.Nguồn nuôi cấp cho IC

555 trong khoảng từ +5v đến +15v và mức tối đa là +18v

Sơ đồ chân IC LM555

1.3.2 Cấu tạo của IC LM555

Bên trong vi mạch 555 có hơn 20 Transistor và nhiều điện trở thực hiện các

Op_AMP (2) là mạch khuếch đại so sánh có ngõ nhận điện áp chuẩn 1/3 Vcc còn ngõ thì nối ra ngoài chân 2.Tuỳ thuộc điện áp chân 2 so với tín hiệu S (Set) điều khiển Fip-Flop(F/F)

Cấu trúc của IC LM555:

Hình 13 Cấu trúc của IC LM555

1.3.3 Chu kỳ tạo xung vuông

Hình 18 sẽ cho ngõ ra (chân số 3) một xung vuông với chu kì được tính như sau:

Thời gian áp cao T1=0.693*(R1+R2)*C (tụ nạp qua R1 và R2)

Thời gian áp thấp T2=0.693*R2*C (tụ xả điện qua R2)

Sơ đồ tạo xung vuông :

Hình 14 Sơ đồ tạo xung

vuông của IC LM555

Chu kỳ xung vuông :

Hình 15 Chu kỳ xung vuông

Nếu chúng ta lấy tụ C có giá trị cố định, vậy để tạo ra chu kỳ xung mong muốn thì ta chỉ việc thay đổi 2 điện trở R1 và R2

Để xung vuông ra có thời gian áp cao và áp thấp bằng nhau duty = 50% (T1=T2)

Hình 16 Bảng trạng thái hoạt động của IC LM555

0.3

0.25 0.75

V CC = 5V

I SOURCE = 100Ma 2.75 3.3 - V

1.4 IC 7805_ IC ổn áp 5 Vol.

Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn

định của điện áp quá cao, sử dụng IC ổn áp thường

được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn

giản Các loại ổn áp thường được sử dụng là IC

Chân số 3 là chân OUT

Ngõ ra OUT luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi Mạch nàydùng để bảo vệ những mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 5V (các loại IC thường hoạtđộng ở điện áp này)

điện áp đặt trước IC78xx phải lớn hơn điện áp cần ổn áp từ 1.5V đến 2V khoảng 7V đến 9V

1.5 Led 7 đoạn

Đây là lọai đèn dùng hiển thị các số từ 0 đến 9, đèn gồm 7 đọan a, b, c, d, e, f,

g, bên dưới mỗi đọan là một led (đèn nhỏ) hoặc một nhóm led mắc song song (đèn lớn) Khi một tổ hợp các đọan cháy sáng sẽ tạo được một con số thập phân từ 0 - 9

Ta có các trạng thái hoạt động của led 7 đoạn như sau :

Sơ đồ logic của led 7 đoan:

Hình 19 LED anot chung Hình 20 LED catot chung

Đối với led 7 đoạn ta phải tính toán sao cho mỗi đoạn của led 7 đoạn có dòngđiện từ 10 20mA Với điện áp khoảng 5V thì điện trở cần dùng là 270-330Ω; côngsuất là 1,4 Watt

Bảng giá trị Led 7 Đoạn

Trong đó: Hình 23 Điện trở

U : là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đo bằng vôn (V)

I : là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đo bằng ampe (A)

R : là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng Ohm (Ω)

Điện trở được cấu tạo từ những vật liệu có điện trở suất cao như làm bằng than, magie kim loại Ni-O2, oxit kim loại, dây quấn Để biểu thị giá trị điện trở Người ta dung các vòng màu để biểu thị giá trị điện trở Mỗi màu đại diện cho một số Màu đen: số 0, màu nâu: số 1, màu đỏ: số 2, màu cam: số 3, màu vàng: số 4, màu lục: số 5, màu lam số 6, màu tím số 7, màu xám: số 8, màu trắng: số 9 màu trắng Mỗi một màu cũng đại diện cho một hệ số nhân là luỹ thừa của 10 từ màu đen số 0 là 100 điến màu trắng số 9 là 109

Hình 24 Các vòng màu thể hiện giá trị của điện trở

1.7 Tụ điện:

Một tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động tạo bởi hai bề mặt dẫn điện được ngăn cách bởi điện môi Khi có chênh lệch điện thế tại hai bề mặt, tại các bề mặt sẽ xuất

hiện điện tích cùng cường độ, nhưng trái dấu Tụ điện có khả năng nạp và xả rất nhanh

Cường độ điện trường bên trong tụ có trị số:

E =

0

δ

ε ε

ε0 = 8.86.10-12 C2/ N.m2 là hằng số điện môi của chân không

ε là hằng số điện môi tương đối của môi trường; đối với chân không ε = 1,giấy tẩm dầu = 3,6; gốm = 5,5; mica = 4 ÷5

Các tụ phổ biến:

Hình 25 Một số loại tụ phân cực

Kí hiệu :

transistor NPN Transistor PNP

Hình 27 kí hiệu của transistor

Cấu tạo bởi 2 tiếp xúc P-N ghép liên tiếp

gồm các vùng bán dẫn loại P và N xếp xen kẽ

nhau, vùng giữa có tính chất dẫn điện khác với

2 vùng lân cận và có bề rộng rất mỏng khoảng

nhau Nếu vùng giữa là N ta có transistor PNP,

ngược lại nếu vùng giữa là vùng P ta có

transistor NPN Hình 28 Transistor

1.9 Led hồng ngoại

1.9.1 Led phát hồng ngoại

Là led led phát xung khi có xung thì led sáng lên.thường là led màu trắng

Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) được phát ra từ Led là ánh sáng không thể nhìn thấy được bằng mắt thường, có bước sóng khoảng từ 0.86µm đến 0.98µm Tia hồng ngoại có vận tốc truyền bằng vận tốc ánh sáng và được thu lại và sử lý sang tín hiệu số bằng: TSOP1138, TSOP1738, TSOP1736-38Khz

1.9.2 Led thu hồng ngoại.

là loại led nhận xung kgi có cung phát ra từ led phát.nó có nhiệm vụ nhận xung

và đưa vào bộ đếm của 7490.led thu co 2 loại (2 chân và 3 chân)

Sơ đồ chân:

Q 2

Q 1

Chân 3 nối nguồn

Hình 29 Sơ đồ chân của led thu hồng ngoại

2.2 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch

Hình 31 Sơ đồ nguyên lý của mạch.

1 0 0 U F

C 4

1 K R

4 7 0 R

1 0

3 8

5

A B C D E F G

1 5

1 4

1 6 8

1 5

1 4

1 6 8

L M 5 5 5

2

3 7

L M 5 5 5

2

3 7

1 0

3 8

5

A B C D E F G

C A

C A

D P

C 5

2.3 Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn

Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn

2.4 Sơ đồ nguyên lý mạch phát hồng ngoại.

Hình 33 Sơ đồ nguyên lý mạch phát hồng ngoại

2.5 Sơ đồ nguyên lý mạch thu hồng ngoại

Hình 34 Sơ đồ nguyên lý mạch thu hồng ngoại

R 8

U 3

7 4 4 7

7 1 2 6

4 5

1 0

8

5 3

A B C D E F G

4 5

1 0

8

5 3

A B C D E F G

3 3 0

2.6 Sơ đồ nguyên lý mạch điếm, giải mã và hiển thị.

Hình 36 Sơ đồ mạch in

2.7 Nguyên lý hoạt động chung

Khi có một sản phẩm đi qua diữa led thu và led phát thì led thu nhận được một xung và cấp vào chân số 2 của IC555 lúc này mạch IC55 ở phần thu nhận được một xung âm hẹp (do tín hiệu phát ra ở led phát ở mức cao) tác động tức thời ở ngõ vào làm mạch thay đổi trạng thái và tại ngõ ra chân 3 sẽ có xung dương ra Độ rộng xung

ra có thời gian dài hay ngắn tùy thuộc mạch định thì RC, lúc này chân 14 của IC7490 nhận được một xung từ chân 3 của phần thu, tức là có xung kích cạnh lên lúc đó IC7490 nhận được một xung thì tín hiệu ngõ ra A=1,B=0,C=O,D=O.Các tín hiệu dạng số này qua IC giải mã thì hiển thị thành số 1,như vậy khi có một xung kích hay một sản phẩm đi qua thì led sẽ hiển thị tăng dần lên

Khi hàng đơn vị đếm được số 9 nếu có thêm một xung nữa thì cờ báo tràn ở chân 14 ở mức cao đồng thời reset led ở hàng đơn vị từ số 9 về số 0 lúc này nếu có thêm một xung nữa thì led hàng chục tăng lên một cứ thế nếu hàng đơn vị tăng đến 9 thi hàng chục lại tăng thêm 1 do chân 14 của hàng đơn vị nối với chân 11 của hàng chục.Vậy nếu ta mắc thêm nhiều ic nữa số ta có thể đếm dần lên tùy theo ý muốn.

2.8 Ưu điểm, khuyêt điểm của mạch điếm sản phẩm.

Mạch đếm sản phẩm có ưu điểm là mạch đơn giản,gọn nhẹ,hoạt dộng ổn

định,chính xác,dễ lấp đặt và sữa chữa.Mạch có giá trị thiết thực khi thực hiện đếm số lượng sản phẩm được xuất ra từ các băng chuyền một cách chính xác thay thế cho việc đếm sản phẩm của công nhân giúp tiết kiệm sức lao động

Mạch đếm sản phẩm hoạt dộng với dòng điện một chiều nên ít hao tốn nhiều năng lượng

Bên cạnh những ưu điểm thì mạch cũng tồn tại một số khuyết điểm như sau:tín hiệu hồng ngoại từ led phát không đủ mạnh để truyền đi xa trong không gian nên để led thu hoạt động một cách mạnh và ổn định nhất thì khoảng cách của led thu và phát phải không quá xa,chính vì vậy sản phẩm được đếm không quá lớn, hạn chế của mạchđếm sản phẩm là chỉ đếm những sản phẩm có kích thước nhỏ

Vì mạch hoạt động theo nguyên lí nhận tín hiệu hồng ngoai tạo xung clock để đếm nên khi hai sản phẩm đứng quá gần nhau thì tín hiệu hồng ngoại vẫn bị che khuất nên mạch vẫn đếm cho một sản phẩm, để khắc phục các nhược điểm này thì yêu cầu các sản phâm trên băng chuyền phải có một khoảng cách tối thiểu sao cho tín hiệu hồng ngoại từ led phát đến led thu sau khi có một sản phẩm đi qua

KẾT LUẬN

Mạch đồ án 1 một là một bài tập lớn, một thử thách đối với sinh viên, tuy nhiên với đồ án 1 giúp cho sinh viên vận dụng một cách cụ thể kiến thức của mình đã học

đồ án 1 một còn giúp sinh viên quen dần với cách làm các đồ án 2, đồ án tốt nghiệp sau này.

MỞ RỘNG

Chúng ta có thể dùng vi đièu khiển thay cho IC số, kết hợp điếm sản phẩm và

đóng thùng sản phẩm

Mạch đếm sản phẩm này tuy là một mạch nhỏ nhưng có rất nhiều ứng dụng và

ta cũng có thể phát triển thành các mạch khác cũng có ứng dụng thiết thực như mạch đếm tiền, mạch điều khiển ở trạm xăng

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

LỜI CẢM ƠN 2

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 3

1.2IC 7490……….3

1.1.1 Sơ đồ chân và chức năng của các chân………3

1.2.2 Cấu tạo và xử lý tín hiệu của IC 7490……….……4

1.3 IC 7447……….… 7

1.2.3 Sơ đồ chân và chức năng của các chân……… 7

1.2.4 Cấu tạo và sử lý tín hiệu của IC 7447……… … 8

1.3 IC tạo xung LM 555……… 10

1.3.1 Sơ đồ chân và chức năng của các chân……….10

1.3.3 Cấu tạo của IC LM555………

………11

1.3.3 Chu kỳ tạo xung vuông……….….12

1.4 IC 7805_ IC ổn áp 5 Vol……….… 15

1.6 Led 7 đoạn……….……15

1.6 Điện trở:……….………17

1.7 Tụ điện:……….….……19

1.8 Tranzitor: 20

1.9 Led hồng ngoại 20

1.9.1 Led phát hồng ngoại 20

1.9.3 Led thu hồng ngoại 20

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH 21