Khóa luận tốt nghiệp thiết kế mạch tự động đóng tắt đèn đường công cộng và mạch đèn giao thông

Trang 1

Trường DHSP Hà Nội 2 - Khoa Vật lý Khóa luận tốt nghiệp

Trường đại học sư phạm hà nội 2 Khoa vật lý

Nguyễn Thị Hảo

Thiết kế mạch tự động đóng tắt đèn đường công cộng và mạch đèn giao thơng

Khóa luận tốt nghiệp đại học

Chuyên ngành: Sư phạm kĩ thuật

Người hướng dẫn khoa học

Th.s Vũ Mạnh Quang

Hà nội - 2009

Trang 2

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.S Vũ Mạnh Quang

Người đã hướng dẫn tận tình và hiệu quả trong suốt quá trình thực hiện đề tài

nghiên cứu

Tôi xin được cảm ơn tới thầy giáo T.S Nguyễn Thế Lâm đã tạo điều kiện

giúp đỡ, đưa ra những ý kiến đóng góp giúp tơi hồn thành bài khóa luận này Tôi cũng xin cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Vật Lí Trường ĐHSP

Hà Nội 2 đã nhiệt tình giảng dạy trong những năm học đại học, tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tơi hồn thành khố luận

Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình bạn bè và các sinh viên lớp K31C Khoa Vật lí đã luôn luôn ở bên tôi động viên và giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình

thực hiện và hồn thiện khoá luận tốt nghiệp

Hà Nội, tháng 5 năm 2009 Sinh viên

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là cơng trình của riêng tôi Trong khi nghiên cứu tôi đã kế thừa thành quả khoa học của các nhà khoa học, nhà nghiên cứu và đồng nghiệp với sự trân trọng và biết ơn

Các kết quả nêu trong khoá luận này là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào

Hà Nội, tháng 5 năm 2009 Sinh viên

Trang 4

MỤC LỤC

0900710007 1

NOI DUNG o.oeeecscsssssssssessssessssessssessesssucsssscsssscsssscsssucsssusssscsussessssesussesussessieseeseeceees 3

Chương 1: Các hàm logic cơ bản 5 55+ S2 s+x+xsxeeeererrerrrrererre 3

I4 3 I5 §t 09000 3 I6.) 4 1.4 Hàm O ¿+ +52 5+ +12 1S 1H TH TH TH TH TH TT Hi 4 1.5 Ham NAND QW 5 1.6 Ham NOR wd

1.7 Ham khac dau sccccsssssesssseceessssseessseceesssseseseeeeeessnsnsseseeesesnsniieseeesnnenseeeeeeeseeee 6

1.8 Ham d6ng dau ceccceeccceccssessssessssesssseesssesssseessueesssecssseessaeessuesssseessueessesssseeesseeess 6

Churong 2: Cac mach chuyén mi.n .c cccccscccsssessssesssseessseessseessseessseesssesesseessecs 8

2.1 Khai niém mach chuyén ¡0 8

2.1 Thiết kế mạch chuyển mã -2- 2-2 +££E£+EEEEEE+EEE+EEESEEEEEErEEsrrxerree 8

2.3 Sơ đồ cầu tạo và ý nghĩa các chân của một số vi mạch đã sử dụng 14

Chương 3: Thiết kế mạch tự động đóng tắt đèn đường cơng cộng và mạch 00184001000: 20Ẻ7® 18

3.1 Yêu cầu việc đóng tắt tự động . -2¿©++++EE+2EEEC2EAECEELErrrkkrrrkerree 18

3.2 Thiết kế mạch tự động đóng tắt đèn đường cơng cộng . - 19 3.3 Thiết kế mạch đèn giao thơng 2- 22 ©222+2EE2SEEEEEEEEEEErErkrrrrkrrrex 29

3.4 Thiết kế mach in cho ché r1 34

3.5 Các bước lắp ráp mô hình -2-2©+++EE+++EE++tEEkESEEketrrkerrrkrrrrkree 38

KẾT LUẬN -. ©2222<©CS2EEESEEEEEEEE1EE71E171E1711211111E171E11E 115111111111 re 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO .- 2-22 s2 +EE‡EE£EESEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErrrerrkeree 40

Trang 5

LOI MO DAU

I: LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Ngày nay, trong hầu hết các ngành kinh tế, kĩ thuật, nhất là các ngành công

nghiệp đều áp dụng kĩ thuật tự động hố Có thể nói, tự động hố đã làm thay đổi

diện mạo nhiều ngành sản xuất, dịch vụ Ở nhiều nước đã xuất hiện những nhà

máy khơng có người, văn phịng khơng có giấy Khắp nơi đã bắt gặp những thuật ngữ như Thương mại điện tử, Chính phủ điện tử, Máy thông minh, Thiết bị

thông minh

Ứng dụng của kĩ thuật tự động hoá là có thể dùng máy tính trực tiếp điều khiển đến từng thiết bị, từng dây chuyền sản xuất cũng như toàn bộ hệ thống sản xuất Từ việc điều khiển số NC (Numerical Control), điều khiển bằng máy tính CNC (Computer Numerical Control) cho đến việc ứng dụng các “máy tính

nhúng” trong các bộ điều khiên các thiết bị, là một bước đường đài của sự phát

triển làm tăng sự ổn định và hiệu quả sử dụng lên rõ rệt

Một trong những đặc trưng của trình độ tự động hố hiện đại là mức độ xử

lí thơng minh trong các tình huống xây ra ở q trình cơng nghệ Vì vậy, cần có những sensor tỉnh xảo đề nhận biết về các tình huống đó Ngày nay, trên cơ sở những thành tựu của hệ thống tích hợp khoa học Micro và Nano (Micro Nanoscience Integrated Systems) nhiều tổ hợp các sensors tạo ra các cụm cảm biến đa năng, cho phép nhanh chóng nhận thức mơi trường và tình huống từ nhiều thông tin cùng một lúc

Những khả năng kì diệu mà tự động hoá đem lại cũng đòi hỏi khi đem vào ứng dụng cho hệ thống thiết bị hay cho dây chuyền sản xuất nào đó, những kĩ thuật viên phải am hiểu quy trình công nghệ cụ thể Phải nhận biết được các thông số của quá trình để đặt đúng chỗ, đúng lúc các loại sensors hợp lý Phải

điều khiển được từng thiết bị và cả hệ thông, không những là hệ thống quản lý

công nghệ, mà cả hệ thống quán lý sản xuất

Trang 6

Thiết nghĩ việc thiết kế ra các mạch điện tử tự động đóng tắt đèn chiếu

sáng công cộng sẽ tiết kiệm được nhiều chỉ phi, thời gian cũng như giải phóng sức lao động của người công nhân.Và cả mạch đèn giao thông nữa, đồng thời đây cũng là lĩnh vực mà các SV SPKT rất hứng thú tìm hiểu

Vì những lí do trên tôi quyết định chọn đề tài:

“ THIET KE MACH TU DONG DONG TAT DEN DUONG CONG CONG VA MACH DEN GIAO THONG ??

II: MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

- Tìm hiểu những yêu cầu tự động hố của mạch đóng tắt đèn chiếu sáng công cộng và mạch đèn giao thông

- Thiết kế chế tạo mạch đèn tự động đóng tắt đèn chiếu sáng công cộng và mạch đèn giao thông

II: NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

- Tìm hiểu thiết kế được mạch điều khiển ứng dụng

- Chế tạo được mạch điện tử đóng tắt đèn chiếu sáng công cộng và mạch

đèn giao thơng

IV: ĐĨI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Các mạch điện tử điều khiển dùng các linh kiện điện tử

V: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Thiết kế, chế tạo mạch tự động đóng tắt đèn chiếu sáng công cộng và

mạch đèn giao thông

Trang 7

NỘI DUNG

CHƯƠNG 1: CÁC HÀM LÔGIC CƠ BẢN 1.1 Hàm YES

- Là hàm một biến được biểu diễn bởi phương trình:

F=X - Bang trang thai:

x F 0 1 1 - Kí hiệu : pe 1.2 Ham NOT

- La ham duge biéu dién bởi phương trình:

F=X

- Bang trang thai:

X F

0 1

1 0

- Ki hiéu:

Trang 8

1.3 Hàm AND

- Là hàm 2 biển được biểu diễn bởi phương trình:

F = XIX: - Bảng trạng thái Xi Xo F 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 - Ki hiéu: Xi | | EF X2 1.4 Hàm OR (cộng logic)

- Là hàm được biêu diễn bằng phương trình:

F= Xị + Xa - Bảng trạng thái: XI Xã —| —| | c|Ìm | —Ì C|C | CỊ E|ỊC - Kí hiệu: XI X2

Trang 9

Xi

JO 2

1.5 Hàm NAND (nhân đảo)

- Là hàm được mô tả bởi phương trình: F= XiX2

- Bang trang thai:

Xì X;¿ F 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 - Ki hiéu: | E Xe I

1.6 Ham NOR (cong dao):

- Là hàm 2 biến được biểu diễn bởi phương trình:

F= Xị + X¿ - Bảng trạng thái: X, | X | F 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0

Trang 10

- Kí hiệu: Xi F Xa Xi —) ——o » X2

- La ham cho boi phuong trinh:

1.7 Hàm khác dấu EF = XiX: + XIX: - Bảng trạng thái: Xi Xo F 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 - Ki hiéu:

- Là hàm được biểu diễn bởi phương trình:

1.8 Hàm đồng dấu:

F = XX + X,X>

Trang 11

Trường ĐHSP Hà Nội 2 - Khoa Vat ly - Bảng trạng thái: - Kí hiệu ¬—l—lclcl% —l=l—-l=|% —|C|c|—|m

Khóa luận tốt nghiệp

Trang 12

CHUONG 2: CAC MACH CHUYEN MA

Mã nhị phân Mã gray

2.1 Khái niệm mạch chuyển mã

Trong các hệ thống điện tử dùng mạch số, dữ liệu được truyền đi hay xử lí

ở dạng từ nhị phân gồm các bít 0 và 1 Một từ n bít có thể biểu diễn cho 2" phần

tử tin khác nhau với giá trị thập phân từ 0 đến 2" Từ nhị phân n bít đó gọi là mã của phần tử tin tức

Có rất nhiều loại mã Các loại mã thường dùng để mã hoá các con số: Mã nhị phân, mã grây dư 3, mã grây, mã BCD, mã dư 3, mã bảy vạch

Nếu ta chuyên từ một mã thông dụng về một mã ít thơng dụng hơn ta gọi là mã hoá và ngược lại ta gọi là giải mã

2.2 Thiết kế mạch chuyển mã

2.2.1 Các bước thiết kế mạch chuyển mã

- Yêu cầu đặt ra

- Lập bảng chân lí của mạch - Tối thiểu các hàm ra - Xây dựng sơ đồ logic

- Xây dựng sơ đồ mạch thực hiện

2.2.2 Các ví dụ

Ví dụ 1: Mạch chuyển mã (mã hoá ) nhị phân sang grây + Xét mã nhị phân 4 bít: B; By B, Bọ Mã grây 4 bit G; G, Gi G + Sơ đồ khối: Ba G3 Bo G2 By Gy Bo Go

Trang 13

Trường ĐHSP Hà Nội 2 - Khoa Vat ly Khóa luận tốt nghiệp Ba Ba Bị Bọ G; G› Gn Go 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 + Bảng trạng thái:

Ga BiB BiBo B:Bo B:Bs CA BB BiBy BiBo B:Bo

pp 00/010 Bp,|9 |0 |0 |0

zp, 001010 Bp}! jl jl jt

ap 1 | 1 | i [1 sp|0 |0 /0 |9

Bs) |] tf i fd pp}! jl j1 J1

G1 BB, BiB BiBo SX BB) B- B:Bo B:By

Nghy: Thị Hảo - K31C SPKT 'BạB; 13

Trang 14

0 |0 |1 fi 0 |1 Ji Jo 1 |1 |0 |0 0 |1 (1 |0 1 |1 |0 |0 0 |1 |I |0 1 |1 |1 |1 0 |1 |I |0

Sau khi tối thiểu ta được G; =B;

G;= B;B; + BạB; =B;®B; G¡ =B,B;+B,B; =B,®B; Gạ= B,Bạ+B,Bạ =B,® Bọ B3 G3 G2 * @®) Gy Bị @® Go BoD

Ví dụ 2: Mạch chuyển mã (giải mã) grây sang nhị phân

+ Xét mã giây 4 bit Ga G› Gi Go

Ma nhi phan 4 bit Ba Bạ Bị Bọ

+ Sơ đồ khối

G3 B3

— ao J soe

Nguyễn Thi Hao - K31C SPKT Giải ee 14

Gy - Bị

Trang 15

Trường ĐHSP Hà Nội 2 - Khoa Vat ly Khóa luận tốt nghiệp + Bảng trạng thái Ma gray Mã nhị phân G; G; G, Go Ba B; Bị Bọ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 NGG Tee Gis

Wgven Thi Hao - K31@°SPKT 15

Trang 16

2 GG Geo iGo 0 01010 aa} i) i fry 1 1 1 1 G;G, Í' 0 0 0 0 Py ty.) G3G2 ~—| 1 |1 |1 |1 Bo —— — — Bo => ~

\_GiGo Gi6o GiGo GịGạ GiGo GiGo GiGo GiGo

øsœl 0011 ø=| 0 |1 |0 |1 acl |] 1) of 0 œe |1 |0 110

cco 9 | Of 1 fd cc) 9 | 1) 0) 1 oa,| } | 1) 0] 0 ga} | | Oo] 1 | 0

Sau khi t6i thiéu ta duoc B; =G;

Bạ= Ga @® G; B, = G¡ ®G; @G; Bo = Go ®@G,8G, @G3 G3 — 5 ⁄/ °

Ví dụ 3: Mạch giải mã nhị phân ra bảy thanh

Trang 17

- Hiển thị bảy thanh: Người ta sử dụng bảy kí hiệu để mã hoá một chữ số

thập phân gọi là hiển thị bảy thanh

| | | |_| œaOnulu «<Ø — TIN tO} ‘| | | | | ||

- Thường chế tạo đèn bảy thanh bằng phương pháp điết phát quang các điốt trong đèn thường có anốt chung hoặc katốt chung

- Giải mã 7 thanh: Bảng chân lí By |B |B; |Bo la b c d e f 8 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 X X X X X X X 1 0 1 1 X X X X X X X 1 1 0 0 X X X X X X X 1 1 0 1 X X X X X X X 1 1 1 0 X X X X X X X 1 1 1 1 X X X X X X X

2.3 Sơ đồ cấu tạo và ý nghĩa các chân của một số vi mạch đã sử dụng

Trang 18

Trường ĐHSP Hà Nội 2 - Khoa Vat ly Khóa luận tốt nghiệp

2.3.1 IC 74LS138

Bang trạng thái hoạt động của IC 74LS138

Chân cho phép Đầu vào Đầu ra hiển thị

điều khiến

GI | G2a | G2B|} C | BJA} Yo] Yi} Yo} Ys] Ya} Ys | Yo | Y¿

1 0 0 0;0;0;0/;/1} 1) 1} 1) 1] 14 1 1 0 0 o;O;1)/1/;/0;1) 1} 1) 1] 14 1 1 0 0 Oo;1;/0;1)}/1;),0) 1} 1) 1] 1) 1 1 0 0 0|11|1|1|11L1|0L1|1|1H1|1 1 0 0 1I1010L1|111|1|0|L1|1|1 1 0 0 1101111111110 |1|1 1 0 0 1I|I|0|1|1L1|1|1|11|0|1 1 0 0 I|I|I|I|I|LI|II|I|LIIII10 x x X Trạng thái câm n 1 A Yo 15 5 o 2], va A435 ø—3 le yo 13-n y5 L12_—n ote; ya pio o—4_| Goa ys Hoo

o 54658 Yeh—o

vrL/—n

74LS138

Trang 19

Trường DHSP Hà Nội 2 - Khoa Vật lý Khóa luận tốt nghiệp B Ls8 mm tro [pe 2 ve =a yon 4 fs tỏ [| $ 1 YB

- Chân 1,2,3 là các chân nhận bít tín hiệu đầu vào (chân I là bít thấp nhất, chân 3 là bít cao nhất)

- Chân 4 và 5Š là hai chân cho phép IC hoạt động hay không hoạt động Khi

chân 4, 5 ở mức thấp và chân 6 ở mức cao thì IC sẽ nhận được tín hiệu điều

khiến đầu vào Nếu I trong 3 chân ở mức khác thì IC cắm hoạt động

- Chân 7,9,10,11,12,13,14,15 là các chân đầu ra Ứng với một tổ hợp tín

hiệu đầu vào từ 0 dén 8 thi chi có 1 đầu ra ở mức thấp còn lại ở mức cao

VD: Tổ hợp đầu vào là 101 thì tin hiéu dau ra yo=1, yi=1, yo=l, y3=1, y4=l, ys=0, yo=l, y;=l

- Chân 8 cấp mass

2.3.2 IC 89C52

Trang 20

ala] ale Ze >GN oY a2 seppog 2a om ps 4

Hình vẽ cho ta sơ đồ chân của 89C52 bao gồm tổng số 40 chân 32 trong số 40 chân hình thành 4 port 8 bit Với các thiết kế yêu cầu một mức tối thiểu bộ nhớ ngoài hoặc các thành phần bên ngoài khác, ta có thé str dung cdc port nay

làm nhiệm vụ xuất/nhập 8 đường cho mỗi port co thể được xứ lí như một đơn vị

giao tiếp với các thiết bị ngoại vi Hoặc mỗi đường có thể hoạt động độc lập giao

tiếp với một thiết bị đơn bit nhu chuyén mach LED, BJT, FET

Port 0 (cdc chân từ 32 đến 39) có 2 cơng dụng Trong các thiết kế có tối

thiểu thành phần, port 0 được sử dụng làm nhiệm vụ xuat/nhap Trong cac thiét

kế lớn hơn có bộ nhớ ngoài, port 0 trở thành bus địa chỉ và bus dữ liệu đa hợp Port 1 (các chân từ 1 dén 8) chí có một công dụng là xuất/nhập Các chân

của port Iđược kí hiệu là P1.0, P1.1, P1.7 và được đùng để giao tiếp với các thiết bị bên ngồi khi có yêu cầu

Port 2 (các chân từ 21 đến 28) có 2 cơng dụng hoặc làm nhiệm vụ

xuất/nhập hoặc là byte dia chỉ cao của bus địa chỉ 16 bit cho các thiết kế có bộ nhớ chương trình ngồi hoặc các thiết kế có nhiều hơn 256 byte bộ nhớ dữ liệu

ngoài

Port 3 (các chân từ 10 đến 17) có 2 cơng dụng Khi không hoạt động xuắt/nhập các chân của port 3 có nhiều chức năng riêng

Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN: Tín hiệu cho phép bộ nhớ

chương trình PSEN là tín hiệu xuất trên chân 29 Đây là tín hiệu điều khiển cho

phép ta truy xuất chương trình ngồi

Trang 21

Chân cho phép chốt địa chỉ ALE: Sử đụng chân 30 đề giải đa hợp bus đữ

liệu và bus địa chỉ

Chân truy xuất ngoài EA: Ngõ vào này chân 31 có thể được nỗi với 5v

hoặc với GND

Chân RESET (RST): Ngo RST ( chân 9) là ngõ vào xố chính dùng để thiết lập lại trạng thái ban đầu cho hệ thống

Các chân XTALI và XTAL2: Mạch dao động bên trong chip 89C52 ghép với thạch anh bên ngoài ở 2 chân XTALI và XTAL2 (18 và 19)

Trang 22

CHƯƠNG 3: THIẾT KẺ MẠCH TỰ ĐỘNG ĐÓNG TÁT ĐÈN ĐƯỜNG CÔNG CỘNG VÀ MẠCH ĐÈN GIAO THÔNG

3.1 Yêu cầu việc đóng tắt tự động

Như đã nói ở phần mở đầu, trên thực tế mọi ngành sản xuất công nghiệp mục tiêu tăng năng xuất lao động được giải quyết bằng con đường gia tăng mức

tự động hoá các quá trình và thiết bị sản xuất Việc tự động hố có thể nhằm tăng năng xuất sản lượng hoặc cải thiện chất lượng và độ chính xác của sản phẩm

Cụ thể đối với mạch tự động đóng tắt đèn đường cơng cộng thì mạch sẽ

thực hiện việc đóng tắt tự động theo thời gian Thời gian giữa mùa đơng và mùa hè có sự chênh lệch Nếu ta giữ nguyên thời gian đóng tắt đèn của mùa đông cho

mùa hè như vậy là khơng cần thiết mà cịn tốn tiền vơ ích Mặt khác nếu mùa

đông mà ta mở đèn muộn như mùa hè thì cơng dụng của việc thắp sáng không được tân dụng triệt để

Việc đóng tắt đèn này không chỉ theo thời gian mà còn phải tự động theo nguồn sáng Nghĩa là tuỳ thuộc vào cường độ sáng mà đèn phái được đóng tắt cho phù hợp Bỗng nhiên có những hôm trời u ám thì mạch điện phải có những

phần tử có thể cảm nhận được sự thay đổi này dé điều chỉnh việc đóng tắt đúng

lúc

Vậy đê đáp ứng những yêu cầu trên ta chỉ cần thiết kế ra một mạch điện tử tự động đóng tắt đèn thay vì những người công nhân hàng ngày phải đi đóng tắt đèn tồn thành phó vừa tốn thời gian, tốn công sức và cịn khơng kịp thời

Khi mạch hoạt động sẽ không cần có sự tham gia điều khiển của con người Trong mạch sẽ sử dụng một linh kiện có thể cảm nhận được những sự

thay đôi như đã nêu trên để đáp ứng được những yêu cầu của mạch đã đề ra đó là dùng quang trở

Mạch này sẽ có thể áp dụng nhiều trong thực tế như lắp đặt hệ thống đèn vườn, trong bề cá cảnh, hệ thống điện nhà kho phân xưởng

Trang 23

3.2 Thiết kế mạch tự động đóng tắt đèn đường công cộng 3.2.1 Mạch điện voc=sv ° 9 AO=220v RL1 D ^ 4 1k 1N4007 3 Re 1 2

C guang trẻ R Na RELAY SPST

ai AS64 Den duong Q2 — 2N 1069 k LED Q3 Caag vR = 50k Ret 10 Re2 $ 10 ov = ỏ Hinh 3.1 3.2.2 M6 ta mach dién

Mach dién trén bao gom cac linh kién: Quang tro, biến trở, điện trở, điốt, relay, transistor, bóng đèn

a) Quang trở:

Là một loại điện trở có khả năng thay đổi nội trở theo nguồn sáng Nguồn sáng càng giám ( ti dan) nội trở của biến trở càng tăng Nó là linh kiện bán dẫn thụ động không có lớp chuyên tiếp pn Vật liệu dùng để chế tạo quang trở là

CdS(Cadmium sulfid), ZnS (Zine sulfid), hoặc các tinh thể hỗn hợp khác

Trang 24

Một đầu của quang trở được nối với cực bazơ của transistor (Q,), một đầu nối với VCC Quang trở có nhiệm vụ phân áp định thiên cho Q) Đây là linh kiện quan trọng nhất trong mạch điện có thê cảm nhận được sự thay đổi của các điều

kiện ngoại cảnh tác động để tự động điều khiển thay đổi việc đóng tắt đèn đúng

lúc và chính xác

*Các đặc tính quan trọng của một quang trở

1) Độ dẫn xuất Gphot: La ham số của mật độ năng lượng U với độ dài

sóng khơng đổi của ánh sáng

Gphot(U); A= const

2) Độ nhạy của quang tro đối với quang phổ: Đó chính là độ dẫn xuất

Øpho hằm số của ^A khi mật độ năng lượng không thay đổi

Ophot Q)

Sra(4) = ————————j U= const Gphot Max

3) Vận tốc làm việc: Là thời gian hồi đáp của một quang trở khi có sự thay đổi từ sáng sang tối (decay) hay từ tối sang sang (rise) thời gian lên được

xác định là thời gian cần thiết để quang trở đạt 65% trị số cuối cùng khi được

chiếu sáng từ 0-1”lux

Thời gian trễ được xác định là thời gian cần thiết để một quang trở thay đổi còn 35% giá trị của nó (so với trị số lúc được chiếu sáng — khoảng 10 lux trong 1s) khi khơng cịn được chiếu sáng

Với cường độ ánh sáng mạnh quang trở làm việc nhanh hơn Quang trở làm việc chậm hơn nếu được cất giữ trong bóng tối và làm việc nhanh hơn nếu được cất giữ ngoài ánh sáng

4) Tiéng én NEP: Don vi cia NEP Ia w/VHz

Khả năng dò tìm của một detector gọi là Detectivity D Với A là diện tích

tích cực của một detector

Trang 25

VA

D=———— ; D có đơn vị là VHz W'cem

NEP

5) Hệ số nhiệt độ của quang trở:

Mỗi loại quang trở có một hệ số nhiệt khác nhau Hệ số nhiệt độ của

quang trở tí lệ nghịch với cường độ chiếu sáng Do đó đề giảm bớt sự thay đổi trị số của quang trở theo nhiệt độ quang trở cần được cho hoạt động với mức chiếu sáng tối đa Ở mức chiếu sáng thấp và trị số quang trở cao cho ta sự sai biệt khá

lớn so với trị số chuẩn

6) — Điện trở tối (dark resistance ):

Trị số của quang trở trong bóng tối với nhiều trường hợp ứng dụng cần

phải biết Nó cho ta dòng điện dò lớn nhất với một điện thế trên quang trở Dòng dò lớn quá sẽ dẫn đến sự sai lệch khi thiết kế mạch điện

7) Đặc tính độ dốc:

Trong nhiều trường hợp không chỉ trị số tuyệt đối của quang trở với mức chiếu sáng nhất định cần biết được người ta còn cần biết sự thay đổi trị số quang trở khi cường độ chiếu sáng thay đổi Một cách dé cho ta sự liên hệ này là thông số y Thông số này ta định nghĩa như một đường thắng nói liền 2 điểm phân biệt trên 1 đường cong quang trở với mức chiếu sáng là 10 lux và 100 lux

8) Điện thế hoạt động:

Tùy theo cấu trúc mặt nạ của quang trở ta có các điện thế hoạt động khác nhau Điện thế này có thể lên tới 0,5 kv/mm Trị số công suất tiêu tán cao nhất hạn chế trị số dòng và điện thế Điện thế hoạt động cao nhất được đo khi quang

trở hoạt động trong bóng tối 9) _ Công xuất tiêu tán:

Khi hoạt động nhiệt độ bên trong quang trở cần giữ thấp hơn nhiệt độ cho phép vi du 75° Nếu trong các trường hợp ứng dụng với điện thế thấp cho ta công xuất tiêu tán bé, cầu trúc của quang trở có thể nhỏ Trong trường hợp điện thế và

Trang 26

dòng điện cao hơn cấu trúc vật lí của quang trở phái rộng lớn hơn để màng bán dẫn có thể tỏa nhiệt tốt.Với tính chất hóa học của vật liệu quang trở cho phép quang trở làm việc và được cất giữ trong một giải nhiệt độ giới hạn

10) Độnhạy R[VW]]

R=—— S là tín hiệu hồi tiếp

P P công suât bức xạ chiêu trên điện trở quang

b) Biến trở VR:

- Biến trở cũng tương tự như một điện trở có định, ngoại trừ ta có thể điều chỉnh trị số của chúng bằng con chạy hoặc xoay

~|m=|=i | |:

dé phan 4p dinh thién cho Q) Đầu kia của biến trở được nối với mass Ta điều

chỉnh dé giá trị điện trở của biến trở ở tầm khoáng 50K Nó kết hợp với quang

trở đề điều chỉnh giá trị điện áp một chiều phân cực cho transistor theo CT:

Trang 27

c) Điện trở Re:

Là linh kiện rất phổ biến được chế tạo với nhiều kích cỡ khác nhau, thé

loại khác nhau tương ứng với công xuất mà điện trở có thể chịu đựng được, cơng dụng của nó là hạn chế dòng hoặc điều chỉnh dòng điện và phân chia điện áp

trong mạch điện

—

ĩ '

—tơ-— bang

fra —&E - Areca prom loa

|

Trong mạch nguyên lí điện trở Re được dùng làm điện trở hồi tiếp âm ổn

định nhiệt cho Q¡ Re; được đùng làm điện trở hồi tiếp âm ôn định nhiệt cho Q›

Một đầu của Re, duoc nối vào cực C của Q¡, đầu còn lại nối mass Lấy giá trị của Re¡ khoảng 10G Một đầu Re; nối vào cực E của Qs, mot đầu nối mass

d) Cac transistor Q;, Qo, Qs:

Được dùng trong mạch lần lượt là A564 (thuận cao tan) và C828 (nghịch cao tần) có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu điện để điều khiến relây Vì tín hiệu

nhỏ nên dùng nguyên Q1 khuếch đại tín hiệu vẫn chưa đủ lớn nên ta mắc thêm

Q2 nối vào cực E của Q1 Các Q1,Q2 được mắc theo tổ hợp Darlington

Mạch Darlington cở bản có sơ đồ như sau:

Trang 28

Vì cực Eịi nỗi trực tiếp vào cực B; nên lạ¡ = Ip2

Transistor Q; c6: Iz; =Ic,= Pilg: (1)

_ -K at Transistor Q, c6: In ~Ie2 = Bolg (2)

Nên khi thay (1) vào (2) ta có:

n1 Q2

Igy= Bolp2 = ¿l:i = = B;P¡lsi

Nếu gọi dòng điện ngõ vào (đầu vào) của mạch là Iy=lg¡, Dòng điện ngõ ra

là Iạ=ls;, P là độ khuếch đại dòng điện của tồn mạch thì:

lạ Teo

B=—= = BoB

„ Ivy lại ;

Ngoài kiêu mạch trên thì mach Darlington cịn có các kiêu mạch khác như sau:

ot mí Qt —_ œ1

Q2

Các transistor ngồi thực tế có rất nhiều hình dáng với đủ mọi kích cỡ:

Trang 29

1

nk £%, al

Là một cuận dây có một giá trị cảm ứng đặc biệt (Lc tính theo henries) để 1

e) RELAY từ trường:

tạo thành một cơng tắc đóng/ tắt Khi được nạp một giá trị cường độ dòng ổn định Trong mạch điện khi có dòng điện chạy qua cuận dây của relay sinh ra từ

trường hút tiếp điểm của relay đóng lại cấp nguồn cho đèn sáng Một đầu tiếp điểm của relay được nối với AC = 220V

Trang 30

Kí hiệu của relay vẽ trong sơ đồ nguyên lí:

RL1

RELAY -SPST

Hinh 3.10 Ki hiéu

f) Diode (diét):

Dé tranh ddng nguoc 1am hong Q,, Q, ta lap thém didét cd cuc anét nối với

cực C của Q; cịn katơt nối với Vcc

Điết dẫn cường độ dòng điện rất dễ đàng theo một hướng và không dẫn theo hướng ngược lại Linh kiện này có thể xem như một dạng công tắc ngắt mạch cứng đơn giản nhất hoặc đóng hoặc mở Điốt mang rất nhiều đặc tính hữu dụng như xác định trước dung kháng (như áp dụng trong cách khiển áp) và có

một vùng điện áp rất Ổn định Vì thế chúng thường được dùng như các tụ khiển áp và én ap

Do các điốt chỉ dẫn điện một chiều nên chúng thường được dùng trong các

mạch nắn điện, mạch đảo các tín hiệu AC thành những xung điện DC trong các

mạch công suất và máy thu vô tuyến Những điốt có khả năng hoạt động như các mạch khiến áp và thường thay thế những công tắc cơ hoặc relay trong các mạch ứng dụng điều khiến từ xa

Trang 31

Hình 3.11: Hình dáng điốt

ø) Đèn đường ta sử dụng đèn led mắc phía sau relay và một đầu được nối mass,

Led: Là linh kiện phô thông của quang điện trở Led cho những lợi điểm

cao như tần số hoạt động cao, thể tích nhỏ cơng suất tiêu hao bé, không rút điện

mạnh khi bắt đầu hoạt động (như bóng đèn rút điện 10 lần nhiều hơn lúc mới

cháy) Led không cần kính lọc mà vẫn cho ra màu sắc Sự phát sinh ra ánh sáng

của led trên nguyên tắc hoàn tồn khác với một bóng đèn, ở đây vật chất bị đun

nóng và photon được phóng thích

Điốt phát quang cũng có cấu trúc lớp chuyền tiếp pn cũng có đặc trưng kĩ

thuật như các điốt thông thường: Chiều dẫn điện và chiều không dẫn điện Tuy nhiên led lại có mức ngưỡng điện áp chiều dẫn cao từ (1,6 đến 3v) và có điện áp

nghịch tương đối thấp khoảng (3v - 5v)

Trang 32

Điốt % Ah % ®, Uy t, (mm) Do 650 20 3 1,1 1,8 50 GaAlAs 80 Do 660 20 06 | 019 | 1,6 50 GaAsP 8 Cam | 635 40 06 | 0,34 | 2,0 100 50 Vàng | 585 40 01 | 0,04 | 2,2 100 20 Xanh | 565 40 02 | 0,09 | 24 | 400 60

Bảng trên cho ta tính chất quan trọng nhất của các led:

Bức xạ của led là đơn sắc , %; là độ dài sóng có bức xạ cực đại và A^ là

nửa độ rộng của phổ Led đỏ có AA = 20 nm bé nhất với cơ chế tái hợp trực tiếp giữa vùng dẫn và vùng hóa trị Với độ đài sóng ngắn dần cho ta có trị số hiệu

suất bé đi (cột 3) Linh kiện chế tạo từ pha lỏng có hiệu suất cao hơn từ pha hơi Cột áp chót cho ta thấy led đỏ làm việc nhanh nhất

Cường độ sáng của led giảm dần khi nhiệt độ tăng Khi nhiệt tăng 1°C (do ở 25°C led đỏ giảm độ sáng 1,5%, vàng 0,7%, xanh lá cây 0,5% Sự giảm sáng này mắt thường không thấy được nhưng trong việc truyền tin, tự động hóa cần có

một mạch điện làm gia tăng dòng điện điốt để trung hòa hiệu ứng nhiệt Điện áp ngưỡng của led thay đổi theo nhiệt độ từ -1,5mV/°C đến 2,5mV/°C khi nhiệt độ

tăng phổ bức xạ của led cũng dịch chuyển về phía sáng có độ dài lớn hơn Độ

dịch chuyển này từ 0,1 đến 0,3nm/°C

Điều quan trọng khi sử dụng led luôn luôn với một điện trở mắc nối tiếp

Trang 33

Điện áp ngưỡng của led có các trị số khác nhau:

Do 1,6-2v 9 Cam 2,2-3v ri 8 i Xanh lá cây 2,7-3,2v | | | Vàng 2,4-3,2v | || | Hình 3.13 3.2.3 Ngun lí hoạt động của mạch

Khi trời sáng giá trị của quang trở giảm nên dòng điện và điện áp đặt vào

cực B của Transitor Q1 cao nên Q1 khoá, Q1 khoá nên tạo ra điện áp ở chân B

của Transitor Q2 giảm nên tổ hợp Darlington khố vì vậy khơng có dịng chạy qua relay và tiếp điểm khơng đóng nên đèn đường không được cấp điện

Ngược lại khi trời tối thì gía trị của quang trở tăng nên dòng và áp trên cực

B của QỌI giảm làm cho QI mở, khi Q1 mở làm cho dòng ở cực E của QI tăng

và làm cho tổ hợp Darlington mở tạo ra dòng chạy qua cuộn dây của Relay nên

đóng tiếp điểm lại, khi tiếp điểm đóng đèn đường được cấp điện và sáng lên

3.3 Thiết kế mạch đèn giao thông

Với mỗi một dân toc, dé kinh tế phát triển thì sự phát triển về khoa hoc, kỹ

thuật là thật sự cần thiết và đặc biệt quan trọng Với sự phát triển mạnh mẽ của

kinh tế như hiện nay, giao thông đang là một bài tốn khó đòi hỏi nhiều ngành, nhiều cấp phải quan tâm, và tìm ra các hướng giải quyết Đề làm giám bớt những khó khăn đó cũng như làm cho việc lưu thông trên các tuyến đường được thơng thống và giảm thiểu tại nạn, thì việc đặt các cột đèn tại các ngã và thời gian quy định cho phép đi và cắm đi của các tuyến là đặc biệt quan trọng

Đối với một ngã tư, tại mỗi thời điểm trong ngày thì sự lưu thông ở mỗi tuyến là không giống nhau (lúc thì lưu thơng trên tuyến A(chẳng hạn) đơng, lúc thì lưu thông trên tuyến B đơng), nhưng có lúc hai tuyến này có lượng lưu thông

Trang 34

là tương đối giống nhau Vì thế, một chương trình điều khiển có thê thay đổi được thời gian ưu tiên cũng như thời gian không ưu tiên giữa 2 ngã là tối ưu

nhất

3.3.1 Mạch điện: Hình 3.14

Trang 35

Khei Gad KhiGn

Nguyén Thi Hao - K31C SPKT

Trang 36

3.3.2 Mô tả mạch điện

Mạch điện được cấu tạo bởi các khối: Khối điều khiển, đèn led bảy thanh,

IC74LS138, đèn led đỏ vàng xanh, và một dãy các điốt

- Khối điều khiển dùng 89C52 được lập trình đưa ra tín hiệu điều khiển

đèn giao thông và đèn led 7 thanh

- Led 7 thanh dé hiển thị thời gian

+ Tín hiệu điều khiển led 7 thanh được xuất ra tir IC 89C52 @ port 0 va

port 2

Port 0 xuất ra tín hiệu điều khiển led 7 thanh số một:

Chân 39 của 89C52 được nối với chân 1 (B) của led 7 đoạn

Chân 38 của 89C52 được nối với chân 2 (C) của led 7 đoạn Chân 37 của 89C52 được nối với chân 4 (D) của led 7 đoạn Chân 36 của 89C52 được nói với chân 6 (E) của led 7 đoạn Chân 35 của 89C52 được nối với chân 7 (F) của led 7 đoạn Chân 34 của 89C52 được nối với chân 9 (A) của led 7 đoạn Chân 33 của 89C52 được nối với chân 10 (G) của led 7 đoạn Port 2 xuất ra tín hiệu điều khiển led 7 đoạn số hai:

Chân 21 của 89C52 được nối với chân 1 (B) của led 7 đoạn Chân 22 của 89C52 được nối với chân 2 (C) của led 7 đoạn Chân 23 của 89C52 được nói với chân 4 (D) của led 7 đoạn Chân 24 của 89C52 được nối với chân 6 (E) của led 7 đoạn Chân 25 của 89C52 được nối với chân 7 (F) của led 7 đoạn Chân 26 của 89C52 được nói với chân 9 (A) của led 7 đoạn Chân 27 của 89C52 được nối với chân 10 (G) của led 7 đoạn

+ Để điều khiển đèn giao thông IC 89C52 sẽ xuất ra tin hiéu 6 Port Iqua IC giải mã 74LS138

74LS138 có các chân 1, 2, 3 là chân nhận bit tín hiệu đầu vào lay tu port 1:

Trang 37

Chân 1 của 89C52 nối với chân 3 của 74LS138 Chân 2 của 89C52 nối với chân 2 của 74LS138 Chân 3 của 89C52 nói với chân 1 của 74LS138

Các chân 4, 5 là hai chân cho phép IC hoạt động hay không hoạt động

Khi chân 4, 5 ở mức thấp và chân 6 ở mức cao thì IC sẽ nhận được tín hiệu điều

khiến đầu vào Nếu 1 trong 3 chan ở mức khác thì IC cắm hoạt động Chân 6 của

74LS138 được nối với Vcc

Chân 4, 5 của IC74LS138 được nối với mass

Các chân 7, 9, 10, II, 12, 13, 14, 15 của IC74LS138 là các chân đưa tín

hiệu ra dé điều khiển các đèn giao thông

Chân 8 của IC 74LS138 được nối mass

Chân I6 nối với +5v

+ Chân 31 của 89C52 được nối với Vec thông qua điện trở Ra (10K) hoặc

nỗi với mass thông qua công tắc Nếu chân 31 nối với Vcc(logic 1) thi 89C52 sé thực thi chương trình trong ROM nội Khi chân này nối với mass (logic 0) chương trình cần thực thi chứa ở bộ nhớ ngoài

+ Chân 9 của 89C52 sẽ được giữ ở mức cao tối thiểu 2 chu kì máy trong

khi mạch dao động đang hoạt động và sau đó chuyên về mức thấp Chân 9 sẽ được tác động bằng tay thông qua nut bam

+ Chan 18, 19 là ngõ vào và ngõ ra của một mạch khuếch đại đảo được

cấu hình để sử đụng làm mạch dao động bên trong 89C52

+ Chân 40 của 89C52 được nối với Vcc dé cấp nguồn cho IC hoạt động

+ Chân 20 của 89C52 được nối với mass

+ Các điốt tiếp điểm có nhiệm vụ ngăn dòng ngược và chỉ phân cực thuận

khi có duy nhất 1 dau ra của IC 74LS138 ở mức 0v

3.3.3 Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển đèn giao thơng - Tính tốn thời gian sáng của các đèn xanh, đỏ, vàng

Trang 38

+ Để phù hợp với thực tế thời gian của các đèn được tính như sau:

Thời gian đèn đỏ cột 1 bằng tổng thời gian của đèn vàng cộng với đèn xanh cột 2 Và thời gian của đèn đỏ cột 2 bằng tổng thời gian của đèn xanh và đèn vàng cột |

* Quá trình hoạt động của mạch diễn ra như sau:

Thời gian điều khiến đèn giao thông và bộ đếm được lập trình bằng các bít

tạo nên bộ đếm bên trong 89C52

IC 89C52 có port 0 và port 2 dùng để điều khiển đèn led 7 thanh Port 1 dùng để điều khiển đèn giao thơng

Tín hiệu điều khiển đèn giao thông sẽ được suất ra tir IC 89C52 6 port 1

và đưa vào IC 74LS138, IC 74LS138 sẽ giải mã và đưa tín hiệu ra điốt tiếp điểm,

các điốt tiếp điểm có nhiệm vụ ngăn dòng ngược và chỉ phân cực thuận khi có duy nhất I đầu ra của IC74LS138§ ở mức 0v Khi I trong số các điốt phân cực thuận thì đèn giao thông sẽ sáng Và cứ lần lượt như vậy các đèn giao thông sẽ

được sáng theo trình tự lập trình sẵn bên trong IC 89C52

3.4 Thiét ké mach in cho ché tao

Ngày nay, bo mạch in (Printed Circuit Board - PCB) là thành phần không thé thiếu trong mọi sản phẩm điện tử, từ món đồ chơi rẽ tiền cho trẻ con, đến các

sản phẩm gia dụng như nổi cơm điện, điện thoại, TV, máy nghe nhạc, máy vi

tính cho đến các thiết bị điện tử trên máy bay, phi thuyền không gian PCB đơi lúc cịn goi la PWB (Printed Wiring Board)- 1a su néi két qua lại giữa những linh kiện điện tử mà không cần dây Một bo mạch in bao gồm nhiều “dây mạch in” gắn chặt trên tắm phíp cách điện Dây dẫn này gọi là trace (mach đơng), cịn tắm phíp cách điện - còn gọi là substrate - thường làm bằng nhựa tổng hợp phenol formaldehyde hay là một hỗn hợp giữa sợi thủy tinh cùng nhựa tổng hợp

Trang 39

Đa phần mạch in trong dân dụng vẫn được tạo thành bằng cách dán một

lớp lá đồng trên toàn bộ bề mặt tắm phíp, sau đó cho ăn mịn, gỡ bỏ đi, chỉ còn lại những mạch đồng Khi mạch trở nên phức tạp, người ta ghép nhiều tắm phíp dán chồng lên nhau, gọi là mạch in đa lớp (multilayer), và người ta đùng những

lỗ khoan xuyên lớp dé giải quyết bài toán kết nói điểm - điểm

Cơng nghệ ngày nay là PCB từ 2 lớp đến 16 lớp

PCB thời kỳ đầu

Sau khi bo hoàn thiện, linh kiện mới được gá vào mạch đồng của lớp trên

cùng bằng hàn chì Có 3 phương pháp chính thường dùng đề sản xuất PCB: 1 Photoengraving-Khắc bằng ánh sáng: Phương pháp này dùng mặt nạ

che ánh sáng và cho axit ăn mòn lá đồng trên substrate Mặt nạ có thể tạo bằng

bất cứ phần mềm đồ hoa nao

2 PCB Milling — Khoan PCB: Dùng máy khoan có 2 hay 3 trục, bóc đi lá đồng trên phíp Một máy khoan PCB này hoạt động như là một máy vẽ được nối với máy tính, tương tự máy vé plotter

3 PCB Printing-Máy in PCB: Phương pháp này dùng keo (hay mực) dẫn điện chạy thành mạch đồng trực tiếp trên bề mặt của phíp (hiện đại nhất)

Các cơ cấu của 2 phương pháp sau đều hoạt động nhờ phần mềm chuyên dùng Tuy nhiên đối với những mẫu quá nhỏ, hay sản phẩm thử thì phương pháp cổ điển dùng bó dây đề nói vẫn tỏ ra hiệu quả hơn

Vai PCB hoạt động ở tần số cao thì dùng nhựa plastic chuyên dùng để tránh hiện tượng lệch sóng radio PCB trong chân không hay trên tàu vũ trụ thường làm bằng đồng rắn hay lõi nhơm để thốt bớt sức nóng trên linh kiện Bề rộng và khoảng trống vật dẫn điện trên PCB rất quan trọng, nếu quá gần, mối hàn có thê trở thành mối nối, và PCB trở thành khó khăn trong sửa chữa Ngược

lại, xa quá thì PCB trở nên kénh cang, mắc tiền

Trang 40

Thông thường kỹ sư điện tử thiết kế mạch điện,và kỹ thuật viên thiết kế

PCB; rồi các kỹ sư quay lại kiểm tra các điều kiện ràng buộc về lý tính của bo

mạch Việc thiết kế này là một kỹ năng chuyên biệt Có rất nhiều tiêu chuẩn và

cách thức thiết kế sao cho dễ dang dé sản xuất và dĩ nhiên càng bé; càng rẽ càng tốt

Hình 3.15 Mạch in của mạch điều khiển đèn chiếu sáng

Định dạng
Số trang	43
Dung lượng	6,59 MB