thiết kê mạch đếm sản phẩm

Hiện nay là thời đại khoa học kỹ thuật phát triển, các nhà máy xí nghiệp sản xuất các sản phẩm của mình trên các băng truyền hiện đại, sản phẩm xuất ra nhanh, liên tục trong khoảng thời gian dài. Vì vậy việc đếm xem có bao nhiêu sản phẩm đã được xuất ra băng truyền thì con người khó có thể thực hiện chính xác. Bởi vậy, mạch đếm sản phẩm giúp ta kiểm soát được sản lượng cho ra tại mỗi băng truyền. Mục đích của mạch đếm sản phẩm là giúp cho nhà máy đếm được số sản phẩm do máy tạo ra một cách đơn giản, chính xác mà không tốn nhiều sức lao động của công nhân.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

TP HCM, Ngày tháng năm TP HCM, Ngày tháng năm 2011

Hiện nay là thời đại khoa học kỹ thuật phát triển, các nhà máy xí nghiệp sản xuất các sản phẩm của mình trên các băng truyền hiện đại, sản phẩm xuất ra nhanh, liên tục trong khoảng thời gian dài Vì vậy việc đếm xem có bao nhiêu sản phẩm đã được xuất ra băng truyền thì con người khó có thể thực hiện chính xác Bởi vậy, mạch đếm sản phẩm giúp ta kiểm soát được sản lượng cho ra tại mỗi băng truyền.Mục đích của mạch đếm sản phẩm là giúp cho nhà máy đếm được số sản phẩm

do máy tạo ra một cách đơn giản, chính xác mà không tốn nhiều sức lao động của công nhân

Ngoài chức năng dùng để đếm sản phẩm, mạch còn có thể phát triển để phù hợp với nhiều yêu cầu như như đếm số người vào phòng, thang máy hay đếm xe ra vào cổng… đó đều là những ứng dụng rất thực tế

Và trong bài đồ án này em đã được nghiên cứu về mạch đếm sản phẩm mà số sản phẩm có thể được đặt trước tùy theo ứng dụng

Bài báo cáo này đuợc tìm kiếm từ nhiều nguồn khác nhau như: sách báo ,internet…

,internet… Và do kiến thức còn hạn hẹp, nên trong quá trình thực hiện đồ án em không thể tránh khỏi sai sót và đề tài chưa đựơc phát triển một cách hoàn hảo, mong thầy bỏ qua và có hướng giúp đỡ để em có thể hoàn chỉnh kiến thức của mình

Em xin chân thành cảm ơn !

I-Gi ớ i Thiệu Một Số Linh Kiện

Transistor:

C1815 là Transistor BJT gồm ba miền tạo bởi hai tiếp giáp p–n, trong đó miền

giữa là bán dẫn loại p Miền có mật độ tạp chất cao nhất, kí hiệu n+ là miền phát (emitter) Miền có mật độ tạp chất thấp hơn, kí hiệu n, gọi là miền thu (collecter) Miền giữa có mật độ tạp chất rất thấp, kí hiệu p, gọi là miền gốc (base) Ba chân kim loại gắn với ba miền tương ứng với

ba cực emitter (E), base (B), collecter (C) của transistor

A1015 là Transistor BJT gồm ba miền tạo bởi hai tiếp giáp p–n, trong đó miền

giữa là bán dẫn loại n Miền có mật độ tạp chất cao nhất, kí hiệu p+ là miền phát (emitter) Miền có mật độ tạp chất thấp hơn, kí hiệu p, gọi là miền thu (collecter) Miền giữa có mật độ tạp chất rất thấp, kí hiệu n, gọi là miền gốc (base) Ba chân kim loại gắn với ba miền tương ứng với ba cực emitter (E), base (B), collecter (C) của transistor

2-Điện trở:

Điện trở là linh kiện thụ động có tác dụng cản trở cả dòng và áp

Điện trở đựơc sử dụng rất nhiều trong các mạch điện tử

R =ρℓ/S

Trong đó ρ là điện trở suất của vật liệu

S là thiết diện của dây

ℓ là chiều dài của dây

Điện trở là đại lượng vật lí đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của một vật thể dẫn điện Nó được định nghĩa là tỉ số của hiệu điện thế giữa hai đầu vật thể

đó với cường độ dòng điện đi qua nó:

Trong đó:

U : là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đơn vị (V)

I : là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đơn vị (A)

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

3-Tụ điện:

Tụ điện là một linh kiện thụ động cấu tạo của tụ điện là hai bản cực bằng kim loại ghép cách nhau một khoảng d ở giữa hai bản tụ là dung dịch hay chất điện môi cách điện có điện dung C Đặc điểm của tụ là cho dòng điện xoay chiều đi qua, ngăn cản dòng điện một chiều

Công thức tính điện dung của tụ: C = ε.S/d

ε là hằng số điện môi

S là điện tích bề mặt tụ m2

d là bề giày chất điện môi

Tụ điện phẳng gồm hai bàn phẳng kim loại diện tích đặt song song và cách

ε = 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

4 -Diode:

Diode được cấu tạo gồm hai lớp bán dẫn p-n được ghép với nhau Diode chỉ hoạt động dẫn dịng điện từ cực anode sang cathode khi áp trên hai chân được phân cực thuận (VP>VN) và lớn hơn điện áp ngưỡng Khi phân cực ngược (VP<VN) thì Diode khơng dẫn điện.

Là diode thơng dụng nhất, dùng để đổi điện xoay chiều – thường là điện thế 50Hz đến 60Hz sang điện thế một chiều Diode này tùy loại cĩ thể chịu đựng được dịng từ vài trăm mA đến loại cơng suất cao cĩ thể chịu được đến vài trăm ampere Diode chỉnh lưu chủ yếu là loại Si Hai đặc tính kỹ thuật cơ bản của Diode chỉnh lưu

là dịng thuận tối đa và đi ngược tối đa (Điện áp sụp đổ) Hai đặc tính này do nhà sản xuất cho biết

5-Led:

Led thường: là một dạng diode phát sang, khi phân cực thuận thì led sang, phân cực nghịch thì led khơng sáng.

Ký hiệu :

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).Qui ước các đọan cho bởi:

Khi một tổ hợp các đọan cháy sáng sẽ tạo được một con số thập phân từ 0 - 9

Led 7 đoạn có hai loại là loại anode chung và cathode chung:

LED anode chung LED cathode chung

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

Bảng giá trị Led 7 Đoạn

7-IC NE555

Sơ đồ chân và cấu trúc

Vi mạch 555 được chế tạo thông dụng nhất là dạng vỏ Plastic

Chân 1: GND ( nối đất )

Chân 2: Trigger Input ( ngõ vào xung nảy )

Chân 3: Output ( ngõ ra )

Chân 4: Reset ( hồi phục )

Chân 5: Control Voltage ( điều khiển điện áp)

Chân 6: Threshold ( thềm- ngưỡng )

Chân 7: Dirchage ( xả điện )

Chân 8: VCC( nguồn dương)

CẤU TRÚC NE555.

U 1

N E 5 5 5

3 4

5 2 6

Bên trong vi mạch 555 có hơn 20 Transistor và nhiều điện trở thực hiện chức năng như hình 2 gồm có:

Hình 2 : Cấu trúc bên trong LM555

d) OP-AMP (2) là mạch khuếch đại so sánh có ngõ I n+ nhận điện áp chuẩn 1/3

Vcc, còn ngõ I n− thì nối ra ngoài chân 2 Tùy thuộc điện áp chân 2 so với điện áp chuẩn 1/3 Vcc mà op-amp (2) có áp thế ra mức cao hay mức thấp để làm tín hiệu S (Set), điều khiển Flip-Flop (F/F)

e) Mạch Flip-Flop (F/F) là loại mạch lưỡng ổn kích một bên Khi chân Set (S)

có điện áp cao thì điện áp này kích đổi trạng thái của F/F là ngõ Q lên mức cao và ngõ Q xuống mức thấp Khi ngõ Set đang ở mức cao xuống thấp thì mạch F/F

không đổi trạng thái Khi chân Reset (R) có điện áp cao,thì điện áp này kích đổi trạng thái F/F không đổi trạng thái Khi chân Reset (R) có điện áp cao thì điện áp này kích đổi trạng thái của F/F làm ngõ ra Q lên cao và ngõ Q xuống mức thấp Khi ngõ Reset đang ở mức cao xuống mức thấp thì mạch F/F không đổi trạng thái.

f) Mạch output là mạch khuếch đại ngõ ra để tăng độ khuếch đại dòng cấp cho tải Đây là mạch khuếch đại đảo, có ngõ vào là chân Q của F/F, nên khi Q ở mức cao thì ngõ ra chân 3 của IC sẽ có điện áp thấp (≈ 0V) và ngược lại, khi Q ở mức thấp thì ngõ ra chân 3 của IC sẽ có điện áp cao (≈ Vcc)

g) Transistor T1 có chân E nối vào điện áp chuẩn khoảng 1,4 V, là loại Transistor PNP Khi cực B nối ra ngoài bởi chân 4, có điện áp cao hơn 1.4V, thì T1

ngưng dẫn, nên T1 không ảnh hưởng đếm hoạt động của mạch Khi chân 4 có điện trở trị số nhỏ thích hợp nối mass thì T1 dẫn bão hòa, đồng thời cũng làm mạch OUTPUT dẫn bão hòa, và ngõ ra xuống thấp Chân 4 được gọi là chân Reset có nghĩa là nó Reset IC 555 bất chấp tình trạng ở các ngõ vào khác Do đó, chân Reset dùng để kết thúc xung ra sớm khi cần Nếu không dùng chức năng Reset thì nối chân

4 lên Vcc để tránh mạch bị Reset do nhiễu

h) Transistor T2 là Transistor có cực C để hở, nối ra chân 7 ( Discharge = xả )

Do cực B được phân cực bởi mức điện áp ra Q của F/F, nên khi Q ở mức cao thì T2

bão hòa và cực C của T2 coi như nối mass Lúc đó, ngõ ra chân 3 cũng ở mức thấp Khi Q ở mức thấp thì T2 ngưng dẫn cực C của T2 bị hở, lúc đó, ngõ ra chân 3 có điện

áp cao Theo nguyên ly trên, cực C của T 2 ra chân 7 có thể làm ngõ ra phụ có mức điện áp giống mức điện áp của ngõ ra chân 4

8-IC đếm 4510.

Hình dáng và sơ đồ chân

Chân 1(PE): chân nạp giá trị

Khi PE = 0: đếm từ 0 đến 9

Khi PE = 1: nạp giá trị (A0, A1, A2, A3) để đếm tiếp

Chân 2, 6, 11, 14( Q0, Q1, Q2, Q3): ngõ ra để đưa đến mạch giải mã.Chân 3, 4, 12, 13: các giá trị nạp A0, A1, A2, A3

Chân 5(CE): cho phép đếm.

Chân 8: nối mass

Chân 9: chân reset

Chân 10: cho phép đếm lên hoặc đếm xuống Trong mạch ta sử dụng đếm lên nên UP/DN nối nguồn

Chân 15(CLK): ngõ vào xung

Chân 16: nối VCC

Bảng trạng thái của IC 4510.

pulses output A0 output A1 output A2 A3 output

9-IC giải mã CD4543

DA to DD :dữ liệu lối vào

II- Nguyên lý hoạt động:

1-Sơ đồ khối:

Chức năng và nhiệm vụ từng khối

KHỐI THU HỒNG NGOẠI

KHỐI ĐẾM VÀ ĐẶT TRƯỚC SỐ ĐẾM

KHỐI SO SÁNH

KHỐI GIẢI MÃ

VÀ HIỂN THỊ

2.1 Khối nguồn

Tạo ra dòng điện ổn định cung cấp cho toàn mạch Trong

mạch sử dụng nguồn 5V nên ta dùng IC ổn áp 7805

2 2-Khối hồng ngoại

2.2.1- Khối phát hồng ngoại

IC 555 tạo dao động tần số cao khoảng 30Khz- 40Khz để cho led phát hồng

ngoại phát xa Biến trở R4 để thay đổi tần số, khi có một xung tạo ra thì led hồng ngoại phát ra một xung Chân số 3 của IC555 ở mức cao thì Q1 dẫn và led sẽ phát ra tia hồng ngoại Chân số 3 của IC555 ở mức thấp thì Q1 tắt và led sẽ không phát tia hồng ngoại

2.2.2 Khối thu hồng ngoại

Ngõ ra của mạch ở chân C của Q1 sẽ ở mức logic thấp khi led hồng ngoại không thu được tín hiệu và ở mức logic cao khi led hồng ngoại thu được tín hiệu

2.3- Khối đếm :

Nhận xung từ khối điều khiển để đếm, đồng thời xuất ra giá trị BCD chuyển đến khối giải mã

- Khi bằng nhau thì sẽ tùy thuộc giá trị đầu vào ( A>B ,A=B,A>B) từ ngõ ra so sánh hàng đơn vị thì chân tương ứng sẽ lên 1.

- Khi số đếm lớn hơn thì ngõ ra A >B lên mức 1 bất chấp so sánh hàng đơn vị

- Khi số đếm nhỏ hơn thì ngõ ra A< B lên mức 1 bất chấp so sánh hàng đơn vị

2.4 Khối giải mã & hiển thị:

2.4.1 Khối giải mã

Nhận giá trị BCD từ khối đếm và chuyển đổi thành giá trị Led 7 đoạn

chuyển đến khối hiện thị

2.4.2 Khối hiển thị:

Khối hiển thị nhận giá trị BCD từ khối giải mã vầ xuất ra LED

3-Sơ đồ nguyên lý tổng hợp:

Hiển thị số thùng sản phẩm:

Đếm, đặt trước số đếm và so sánh:

4-Nguyên lý hoạt động toàn mạch

IC 555 tạo ra tín hiệu xung vuông ở chân 3 với tần số 1Khz và truyền tới led hồng ngoại có tần số tương tự.tín hiệu ra ở chân số 3 được khuếch đại bởi hai transistor ghép theo kiểu Darlington.

Khi không có sản phẩm đi qua giữa hai led thu và phát thì led thu không nhận được được xung và chân số 2 của IC555 ở led thu vẫn ở mức cao, áp tại chân số 3 của IC555 ở mức thấp nên C1815 không dẫn, dẫn đến không có xung ở ngõ ra

Khi có một sản phẩm đi qua giữa led thu và led phát thì led thu nhận được một xung và cấp vào chân số 2 của IC555 Lúc này IC555 ở phần thu nhận được một xung âm hẹp( do tín hiệu phát ra từ led phát ở mức cao) tác động tức thời ở ngõ vào làm mạch thay đổi trạng thái và tại ngõ ra chân số 3 sẽ có xung dương Khi đó C1815 sẽ được kích dẫn và tại chân C của C1815 sẽ tạo ra một xung cấp cho khối đếm

Từ mạch tạo xung tạo thành xung clock cấp cho CD4510, cứ mỗi một xung thì CD4510 ở hàng đơn vị sẽ đếm lên một số cho đến khi đếm tới 9 thì Q của CD4510 ở mức cao khi có một xung kế tiếp thì nó sẽ nhảy lên số 0, khi Q3 ở mức thấp nó sẽ kích qua chân số 5 của 4510 hàng chục và IC này bắt đầu đếm Để hiển thị cho chúng ta cần phải đi qua IC 4543 là IC giải mã ( từ mã BCD sang số nhị phân) và hiển thị qua Led 7 đoạn

Ta có thể đặt trước số sản phẩm cần đóng vào một thùng bằng cách cài số đặt trước Mạch đặt trước số đếm với hai nút nhấn cho phép ta đặt trước số sản phẩm trong phạm vi từ 0 đến 99 Ta dùng 2 IC 7485 để so sánh giữa khối đếm và mạch đặt trước số đếm Khi số đếm bằng với giá trị ta đặt trước thì chân “A=B” của IC so sánh hàng chục sẽ lên mức 1 và sẽ RESET khối đếm để đếm lại từ 1 và đồng thời số thùng sản phẩm tăng lên 1 đơn vị

5- Ưu điểm và khuyết điểm của mạch:

Ưu điểm:

Mạch chỉ sử dụng những IC đơn giản thông dụng nên rất dễ để hiểu và giải thích nguyên lý hoạt động của mạch Mạch đếm sản phẩm ngày càng được sử dụng rộng rãi, và được ứng dụng trong các thiết bị như: máy đếm tiền, máy đếm xe ra vào Mạch hoạt động với dòng điện một chiều nên ít tổn hao năng lượng

Khuyết điểm:

Tín hiệu hồng ngoại từ led phát không thể truyền đi xa nên để led thu hoạt động một cách chính xác mà ổn định nhất thì khoảng cách giữa led thu và led phát phải không qua xa Hạn chế của mạch đếm sản phẩm là chỉ đếm được những sản phẩm có kích thước nhỏ, không phù hợp với những sản phẩm có kích thước lớn vì mạch hoạt động theo nguyên lý nhận tín hiệu hồng ngoại 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 nhược điểm này thì yêu cầu các sản phẩm 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

6- Tài liệu tham khảo:

+ Giáo trình kỹ thuật số- NGUYỄN ĐÌNH PHÚ

+ dientuvietnam.com

+ webdien.com

+ alldatasheet.com