Mạch đếm và phân loại sản phẩm đặt trước số đếm bất kì

Trong nền kinh tế hiện nay, việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất và đời sống ngày càng phổ biến. Việc ứng dụng những thành tựu của ngành khoa học kỹ thuật sẽ giảm bớt nhân lực, thời gian, chi phí … trong các dây chuyền sản xuất. Với những thành tựu của khoa học kỹ thuật đã được ứng dụng vào sản xuất thì mạch đếm sản phẩm mang lại lợi ích lớn trong dây chuyền sản xuất của các nhà máy. Bên cạnh việc đếm chính xác số sản phẩm trên dây chuyền, có thể đặt trước được số đếm sản phẩm mong muốn để kết thúc lấy sản phẩm, em nghiên cứu thêm cách phân loại chất lượng sản phẩm (phân loại sản phẩm theo chiều cao). Với sự kết hợp hai mạch này vào mô hình sản xuất sẽ góp phần làm tăng chất lượng sản phẩm và lợi nhuận kinh tế đó là mục tiêu đặt ra của mạch đếm phân loại sản phẩm có đặt trước số đếm.

Trang 1

có đặt trước số đếm

Mạch đếm phân loại sản phẩm có đặt trước số đếm được nghiên cứu và phân tích dựa trên chức năng của các linh kiện cũng như các IC số Mục tiêu hướng đến của mạch đếm sản phẩm là độ chính xác cao, thiết kế và thi công đơn giản, rẻ tiền

Từ những kiến thức đã học, thực hành và sự hướng dẫn tận tình của giảng viên hướng dẫn em đã hoàn thành “Mạch đếm phân loại sản phẩm có đặt trước số đếm dùng IC số”

Trang 2

LỜI CẢM ƠN



Để hoàn thành đồ án “ Mạch đếm phân loại sản phẩm có đặt trước số đếm” em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của Thầy Nguyễn Trường Duy - Giảng viên khoa Điện -Điện Tử, trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM đã giúp em thực hiện tìm hiểu sâu về đề tài

Trong quá trình tìm hiểu đề tài, do thời gian hoàn thành và kiến thức còn hạn chế nên chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót và chưa họp lý Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của Thầy để đề tài này được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Nguyễn Đức Chiến

Trang 3

SVTH: Nguyễn Đức Chiến- 12141024 3

MỤC LỤC

PHẦN 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 6

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 6

2 MỤC TIÊU 6

3 NHỮNG SẢN PHẨM LIÊN QUAN 7

4 PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN 8

5 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 9

6 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 9

PHẦN 2 NỘI DUNG 10

Chương 1 GIỚI THIỆU LINH KIỆN 10

1.1 IC 7490 10

1.2 IC 7447 11

1.3 IC LM7805 12

1.4 IC 7430 13

1.5 IC LM358 14

1.6 Led thu – phát hồng ngoại 15

Chương 2 THIẾT KẾ 16

2.1 Sơ đồ khối 16

Trang 4

2.1.1 Sơ đồ khối 16

2.1.2 Nguyên tắc hoạt động 16

2.2 Thiết kế 17

2.2.1 Khối nguồn 17

2.2.2 Khối phát hiện sản phẩm 19

2.2.3 Khối phân loại sản phẩm 21

2.2.4 Khối đặt trước số sản phẩm 23

2.2.5 Khối đếm, giải mã và hiển thị 24

2.3 Sơ đồ nguyên lý 26

2.3.1 Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 26

2.3.2 Nguyên lý hoạt động toàn mạch 28

Chương 3 THI CÔNG 29

3.1 Sơ đồ mạch in 29

3.2 Sơ đồ đặt linh kiện 31

3.3 Quá trình lắp ráp và cân chỉnh mạch 33

Phần 3 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 35

1 Kết luận 35

2 Hướng phát triển 35

Trang 5

Phần 4 PHỤ LỤC VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO 36

PHỤ LỤC 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36

Trang 6

PHẦN 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1 ĐẶT VẤN ĐỀ:

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà trong đó kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin… việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất

và đời sống ngày càng phổ biến để tăng năng xuất lao động, giảm thời gian, giảm thiểu chi phí, nhất là hạn chế tai nạn lao động trong công nghiệp…vì vậy, mạch điện tử có vai trò rất quan trọng trong dây chuyền sản xuất công nghiệp

Xuất phát từ những lần đi tham quan các nhà máy, doanh nghiệp sản xuất, em đã được thấy nhiều khâu 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 hàng hóa được đếm một cách tự động Điều

đó giúp hạn chế tối đa về thời gian, nhân lực và tăng độ chính xác trong việc đếm số sản phẩm trên một dây chuyền sản xuất công nghiệp Tuy nhiên, đối với nhũng doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong những khâu đếm và phân loại sản phẩm mà vẫn còn sử dụng nhân công

Từ những điều đã được thấy đó, em muốn làm một điều gì nhỏ để góp phần giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay mà năng xuất lao động tăng lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo được độ chính xác cao Nên em quyết định tìm hiểu và thi công một mạch đếm và phân loại sản phẩm có đặt trước số sản phẩm cần đếm

2 MỤC TIÊU:

Mạch đếm phân loại sản phẩm sẽ đếm số sản phẩm đi qua bằng phương pháp đếm xung Mỗi sản phẩm đi qua trên băng chuyền sẽ chắn ngang quá trình thu và phát hồng ngoại của Led thu – Led phát tạo một xung điện, xung điện này đi qua khối phân loại Nếu sản phẩm

đi qua led thu phát hồng ngoại cao thì đó là sản phẩm tốt và bộ đếm sản phẩm tốt sẽ đếm.Nếu sản phẩm chỉ đi qua bộ thu phát hồng ngoại bên dưới thì đó là sản phẩm chưa đạt chất lượng

và bộ đếm sản phẩm xấu sẽ đếm Sau đó hiển thị số đếm thông qua led 7 đoạn nhờ IC 7447 giải mã Để đặt trước một số đếm bất kỳ ta sử dụng Switch kết hợp với IC 7430 Số đếm trong phần mạch đếm sẽ được so sánh với số đặt trước (số bất kỳ) do người dùng đặt, khi 2 giá trị đếm được và số đặt trước bằng nhau thì số sản phẩm sẽ về “00” và tiếp tục đếm khi có sản phẩm đi qua cho thùng tiếp theo

Trang 7

Một ứng dụng khác của mạch đếm sản phẩm đó là trong các máy đếm tiền hiện đại, Khi tiền được thả vào khay sẽ được cuốn vào máy bằng các bánh răng và đệm cao su, máy sử dụng cơ cấu quét tiền đi qua các cặp led thu phát hồng ngoại làm thay đổi điện áp của diode thu, tín hiệu này sẽ được đưa vào bộ xử lý qua đó đếm được số tiền được bỏ vào máy

Trang 8

4 PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN:

Để hoàn chỉnh mạch đếm phân loại sản phẩm có đặt trước số đếm cần thiết kế các khối sau: khối nguồn 5V, khối thu phát hồng ngoại, khối phân loại, khối đếm, đặt trước số đếm, khối so sánh, khối giải mã và hiển thị

Phương án thực hiện:

 Dùng Led thu và Led phát hồng ngoại Việc dùng Led phát và thu hồng ngoại có nhiều nhược điểm Hạn chế của khối thu phát hồng ngoại khi dùng Led phát và Led thu là dễ bị nhiễu do ánh sáng trắng đi vào mắt thu và khoảng cách giữa led thu và led phát còn hạn chế

 Dùng cảm biến (gồm cả phần phát và thu), phần phát thường dùng laser có tính định hướng cao và ổn định, để phát ra ánh sáng mục đích chống nhiễu so với các loại ánh sáng khác và chính xác hơn Phần thu là transistor quang để thu ánh sánh hồng ngoại

 Thiết kế và lắp đặt mạch dùng IC số

Trang 9

- Khối nguồn: Dùng cầu diode và IC LM7805

- Khối thu phát hồng ngoại: Dùng led thu và led phát hồng ngoại

- Khối phân loại sản phẩm: Dùng IC 7408 và IC 7414

- Khối đếm và hiển thị: Dùng IC 7490, IC 7447, led 7 đoạn Anode chung

- Khối so sánh: Dùng IC 7430

6 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

- Mạch chỉ đếm được sản phẩm khi sản phẩm che được ánh sáng thu phát hồng ngoại

- Các sản phẩm rất đa dạng với nhiều chủng loại: đặc, rỗng, kích cỡ khác nhau nhưng

do giới hạn đề tài chỉ dùng ic số, không dùng vi điều khiển cũng như lập trình nên mạch chỉ phân loại được 2 loại sản phẩm là cao và thấp

- Đếm được sản phẩm trong phạm vi thay đổi từ 00-99

Trang 11

- IC 7490 là IC thuộc họ TTL có công dụng đếm mã nhị phân chia 10 mã hóa BCD

- Chân 1, 14 là chân nhạn xung CLK

- Chân 8, 9, 11, 12 là 4 chân ngõ ra, tương ứng là QC,QB,QD, QA

- Chân 5: Cấp nguồn cho IC

- Chân 10: nối mass

- Các chân R0(1), R0(2), R9(0), R9(1) tương ứng với các chân 2, 3, 6, 7 là các chân thiết lập Khi cho R0 = 1 thì bộ đếm được xóa về 0 và các ngõ ra ở mức thấp Khi cho R9 = 1 thì IC ở trạng thái đặt trước số 9 (1001) Khi R9 =0 thì IC đếm bình

thường

2 IC 7447

Hình 1.2.2: Sơ đồ chân IC 7447 Hình 1.2.1: Hình ảnh thực tế IC 7447

Trang 12

- IC 74LS47 là IC giải mã BCD sang mã 7 đoạn

- Chân 1, 2, 6, 7: chân dữ liệu BCD vào

- Chân 13, 12, 11, 10, 9, 15, 14: các chân ra tác động mức thấp, tương ứng với các đoạn a,

b, c, d, e, f, g, f trên led 7 đoạn

Trang 13

+ Chân số 1 (Input): Chân nối với nguồn đã chỉnh lưu nguồn vào từ 5V đến 18V

+ Chân số 2 (Mass): Nối GND

+ Chân số 3 (Output): Ngõ ra đã được ổn áp là 5V

- Dòng cực đại có thể duy trì 1A

- Dòng đỉnh 2.2A

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

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

4 IC 7430

Hình 1.3.1: Hình ảnh thực tế LM 7805 Hình 1.3.2: Sơ đồ chân LM7805

Hình 1.4.1: Hình ảnh thực tế IC7430 Hình 1.4.2: Sơ đồ chân IC7430

Trang 14

- Chân 7 (GND) nối mass.

- Chân 14 (Vcc) nối nguồn 5V

- Chân 9, 10, 13 để trống

5 LM358

- LM 358 là bộ khuếch đại thuật toán kép, có độ lợi cao, tương thích với nhiều dạng mạch logic

Hình 1.4.3: Bảng trạng thái IC 7430

Hình 1.5.1: Hình ảnh thực tế Hình 1.5.2: Sơ đồ chân LM358

Trang 15

6 Led thu phát hồng ngoại

- Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) 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

- Led phát: Là diode phát quang, một linh kiện bán dẫn thuộc nhóm điện quang, có một chuyển tiếp P-N

- Các diode phát quang này sẽ phát sáng khi có dòng điện thuận chạy qua nó

dàng chiếu lên bề mặt phiến bán dẫn

Hình 1.6.1: Led phat Hinh 1.6.2: Led thu

Trang 16

Chương 2 THIẾT KẾ

1 SƠ ĐỒ KHỐI

1.1 Sơ đồ khối

1.2 Nguyên tắc hoạt động

 Khối phát hiện sản phẩm: Led thu và Led phát sẽ phát và thu tín hiệu hồng ngoại liên

tục Khi có sản phẩm qua thì ánh sáng hồng ngoại giữa 2 Led bị chặn làm thay đổi điện

áp Sự thay đổi điện áp ứng với tạo 1 xung điện

KHỐI ĐẾM KHỐI GIẢI

MÃ

KHỐI HIỂN THỊ

KHỐI ĐẶT TRƯỚC SỐ SẢN PHẨM

Trang 17

 Khối phân loại sản phẩm: Khi có sản phẩm đi qua, nếu sản phẩm đi qua cả Led thu

phát hồng ngoại cao và thấp hoặc chỉ đi qua Led thu phát hồng ngoại cao sẽ tạo xung cho bộ đếm sản phẩm cao Nếu sản phẩm chỉ đi qua Led thu phát hồng ngoại thấp sẽ tạo xung cho bộ đếm sản phẩm thấp

 Khối đếm: nhận xung điện và đếm lên khi điện áp thay đổi theo cạnh xuống của xung

(tăng 1 khi điện áp đổi từ 5V xuống 0V)

 Khối giải mã và hiển thị: giải mã Led 7 đoạn và hiển thị số ra Led 7 đoạn Anode chung



 Khối đặt trước số sản phẩm cần đếm: SW-8 được nối với điện trở kéo lên Nếu SW

gạt OFF thì ngõ ra tương ứng sẽ ở mức 1 Nếu SW gạt sang ON thì ngõ ra sẽ có giá trị tương ứng của tín hiệu nối với SW đó Như vậy nếu muốn đặt trước số sản phẩm cần đếm là 17 thì ta sẽ gạt các SW ứng với các tín hiệu Q4 và Q3 sang ON Khi bộ đếm đếm đến 18 (0001 1000) thì ngõ ra của IC7430 xuống mức 0 Tín hiệu qua IC7414 thành

mức 1 tác động vào chân R0 của IC đếm 7490 làm mạch đếm Reset về 00

 Khối nguồn: cung cấp nguồn 5V cho toàn mạch hoạt động

2 THIẾT KẾ

2.1 Khối nguồn

 Yêu cầu thiết kế:

Mạch nguồn biến đổi từ nguồn AC sang nguồn điện áp 1 chiều 5V DC

 Sơ đồ mạch:

Trang 18

ta chọn tụ C7 có điện dung 2200uF, điện áp 50V

- Tụ C9 dùng để lọc các hài cao, các xung nhọn đột biến của nguồn Ta chọn tụ C9 là tụ gốm 104

- Điện áp Vdc qua 7805 sẽ tạo thành điện áp 5Vdc chuẩn Kèm thêm tụ lọc C8 để ổn định nguồn Ta chọn tụ C8 là 1000uF, điện áp 50V Sau tụ C8 nên mắc thêm 1 tụ có điện dung nhỏ C10 để lọc các các hài đột biến của nguồn, ta chọn C10 ở đây là tụ gốm

104

BR2

BRIDGE 1A

VI 1

Trang 19

Tính toán trở hạn dòng cho led:

- Thông số cần quan tâm: Vled, Imax qua led

- Vled tùy vào loại led, là điện áp led khi led dẫn, thường từ 1.8-2.4V

- Imax qua led thường là 30mA

- Giả sử cần Vled=2V, cần led sang ở dòng 15mA

- Nên ta phải chọn điện trở hạn dòng >0.2 kΩ Ta chọn R= 330 Ω

2.2 Khối phát hiện sản phẩm

Khối phát hiện sản phẩm tạo ra xung khi có sản phẩm đi qua bằng led hồng ngoại thu phát

Gồm 2 khối phát hiện sản phẩm:

Trang 20

VCC VCC

Trang 21

 Tính toán thiết kế:

Tính toán trở hạn dòng cho led:

- Giả sử cần Vled=2V, cần led sang ở dòng 15mA

- Khi có sản phẩm đi qua, led thu không nhận được ánh sáng hồng ngoại, led thu ngưng dẫn, điện trở led thu rất lớn, có thể coi như hở mạch, làm Input+ > Input- của opamp LM358 làm ngõ ra Vo=5V

- Khi trạng thái thu của led thu thay đổi thì sẽ tạo ra xung cấp cho mạch đếm

2.3 Khối phân loại sản phẩm

Nhận xung điện từ 2 khối phát hiện sản phẩm, phân loại sản phẩm thấp và cao, tạo xung kích cho các IC đếm

- Sản phẩm cao: Khi sản phẩm cao đi qua thì cả 2 bộ thu phát đều có xung

- Sản phẩm thấp: Khi sản phẩm thấp đi qua thì chỉ có bộ thu phát hồng ngoại thấp có xung

- Bộ đếm cao đếm khi có xung từ bộ thu phát cao

Trang 22

- Bộ đếm thấp chỉ đếm khi có xung từ bộ thu phát thấp và không có xung từ bộ thu phát cao

Từ yêu cầu thiết kế nên:

- HNC sẽ cấp trực tiếp cho bộ đếm sản phẩm cao

- HNT sẽ qua cổng NOT (U2: D) cùng với HNC sẽ vào cổng AND (U4: A) Ngõ ra của AND (U4A) sẽ cấp cho bộ đếm thấp

Nguyên lý hoạt động:

- Khi sản phẩm thấp đi qua thì HNC=1 (5V), HNT sẽ có xung nên có xung SPT làm bộ đếm thấp sẽ đếm Bộ đếm cao sẽ không đếm do SPC bằng 0V

SPT HNT

Trang 23

- Khi sản phẩm cao đi qua thì có xung ở HNC, HNT nên bộ đếm cao sẽ đếm Bộ đếm thấp sẽ không đếm vì ngõ vào của cổng AND là nghịch đảo nhau nên ngõ ra SPT luôn bằng 0

Từ yêu cầu thiết kế nên ta thực hiện như sau:

- 8 ngõ ra Q0-Q7 nối với 8 chân của SW-8, 8 chân còn lại của SW-8 nối với điện trở kéo lên và nối vào 8 chân ngõ vào của IC 7430 Theo đó ngõ ra chân số 8 của IC7430 chỉ bằng 0 khi tất cả ngõ vào đều ở mức 1

- Nếu SW gạt OFF thì ngõ ra tương ứng sẽ ở mức 1 Nếu SW gạt sang ON thì ngõ ra

sẽ có giá trị tương ứng của tín hiệu nối với SW đó

16 15 14 13 12 11 10 9DSW1

DIPSW_8

1 2 3 4 5 6 11 12

8U16

Trang 24

- Khi muốn đặt sản phẩm kết thúc tại vị trí nào ta ON SW tại vị trí đó

- Ví dụ ta muốn đặt sản phẩm kết thúc là 84 ta tiến hành ON/OFF SW từ Q7 đến Q0 như sau: 10000100 (Với 1 là ON SW, 0 là OFF SW)

- Lưu ý: IC 7490 đếm số BCD từ 0-9, không thể đặt sản phẩm là 1010 (số 10) được

2.5 Khối đếm, giải mã và hiển thị

Nhận xung tín hiệu từ khối phân loại sản phẩm, đếm, giải mã và hiển thị số sản phẩm từng loại lên Led 7 doan Anode chung

 Sơ đồ mạch

Tính toán trở hạn dòng cho led:

2 R0(2) 3 R9(1) 6 R9(2)

QC 11D

6

QD 10BI/RBO

2 R0(2) 3 R9(1) 6 R9(2)

QF 15LT

3

QG 14

U15

74LS247 VCC

16 14 12 10 9

RN1

330

1 3 5 7

16 14 12 10 9

Trang 25

- Giả sử cần Vled=2V, cần led sáng ở dòng 15mA

- Nên ta phải chọn điện trở hạn dòng >0.2 kΩ Ta chọn R= 330 Ω

Khi có xung tác động vào chân CKA của IC đếm hàng đơn vị, IC 7490 sẽ đếm tăng dần từ

0-9 Khi có xung tiếp theo tác động sẽ quay lại đếm từ 0, đồng thời Q3 thay đổi giá trị từ 1 xuống 0, nó sẽ tác động vào chân CKA của IC đếm hàng chục Khi đó IC đếm hàng chục sẽ bắt đầu đếm Cứ như vậy mạch đếm sẽ đếm được từ 00-99 sau đó quay trở về 00

Các ngõ ra Q0-Q3 của IC đếm 7490 được đưa vào IC giải mã 7447 và hiển thị ra led 7 đoạn Anode chung

Định dạng
Số trang	35
Dung lượng	1,59 MB