ĐỒ ÁN Nghiên cứu và thiết kế mạch đếm người ra vào một cửa tại siêu thị bằng cảm biến laser

... chọn đề tài mạch đếm người vào sử dụng cảm biến laser với ứng dụng họ vi điều khiển 8051 I.2 Mục tiêu đề tài -Đề tài nhằm mục đích nghiên cứu chế tạo thành công mạch đếm người vào cửa sử dụng... qua biến trở RV1, đầu chân LM358 mức cao nên Q4 dẫn Khi Chân T1( chân 15 89S52) chuyển sang mức thấp đưa vào vi điều khiển xử lí hiển thị số người ra/ vào +Tương tự bên cảm biến bên cảm biến vào. .. - Khi có người qua cảm biến laser, ánh sáng laser từ bên phát không tới bên thu: +Bên cảm biến :quang trở không dẫn->Q2 ngắt->điện áp vào chân LM358~5V.Khi IC LM358 thực so sánh tín hiệu với tín

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống của con người đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, mang lại sự tiện lợi tối ưu với những trang thiết bị hiện đại phục vụ công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước Góp phần vào sự phát triển đó thì ngành kĩ thuật điện tử đã góp phần không nhỏ trong sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước Trong đó sự tích hợp các mạch điện – điện tử ngày càng trở nên thiết yếu khi mà công nghệ ngày càng phát triển hơn tiến tới thời đại của vi xứ lý vi mạch những mạch cồng kềnh chiếm nhiều diện tích đã bị loại bỏ dần thay vào dó là các mạc siêu nhỏ gọn gàng hơn đang đươc ưa chuộng Những thành tựu của nó đã có thể biến được những cái tưởng chừng như không thể thành những cái có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho con người Trong đó có ngành “Kĩ thuật số” có vai trò rất quan trọng và việc áp dụng điều khiển bằng số trong công nghệhiện đại Kĩ thuật số ra đời đã và đang làm nên một cuộc cách mạng trong mọi lĩnh vực của đời sống hiện đại từ chiếc nồi cơm điện, máy giặt, máy điện

thoại… đến truyền hình, chụp ảnh, công nghệ thông tin,… Những ứng dụng của

nó trong sản xuất của các công ty lớn nhỏ là không thể kể hết Xuất phát từ thực

tế tại các nhà máy và tham quan các doanh nghiệp sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu được 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 sản phẩm làm ra được đếm một cách tự động Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa

và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong những khâu đếmsản phẩm, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công Từ những điều đã được thấy đó và khả năng của chúng em, chúng em muốn làm một điều gì nhỏ để góp phần vào giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay mà cho phép tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo được độ chính xác cao Đối với các nơi có nhiều dịch vụ tiện ích cho con người như các siêu thị, cửa hàng cần quản lý số lượng người ra vào để biết được tình hình kinh doanh của siêu thị hoặc cửa hàng đó Vậy nên chúng em quyết định thiết kế một mạch đếm người vì nó rất phù hợp với thực tế và nó thật sự rất có ý nghĩa đối với chúng em

vì đã làm được một phần nhỏ đóng góp cho xã hội Nhận thấy khả năng ứng dụng rộng rãi của mạch đếm số lượt người ra vào cửa siêu thị Chúng em đã nghiên cứu và thiết kế dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy: Vũ Việt Hưng, giảng viên khoa điện tử Vì kiến thức, kinh nghiệm của chúng em còn hạn chế nên đồ án không tránh được sai sót Chúng em rất mong sự đánh giá của quý thầy cô và bạn bè, để đồ án được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ I.1 Lí do chọn đề tài

-Ngày nay việc nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển vào các ứng dụng cuộc sống khá phổ biến,điển hình là vi điều khiển các họ 8051.Ở trong công nghiệp cũng như các lĩnh vực liên quan đém sản phẩm thì đã phát huy được lợi thế khi sử dụng vi điều khiển việc đếm các sản phẩm đã trở nên đơn giản hơn giảm bớt được nhiều sức lao động và thời gian.Được sự gợi ý của thầy VŨ VIỆT HƯNG

và qua tìm hiểu của các thành viên trong nhóm nên chúng em đã quyết định chọn đề tài mạch đếm người ra vào sử dụng cảm biến laser với ứng dụng của

họ vi điều khiển 8051

I.2 Mục tiêu của đề tài

-Đề tài nhằm mục đích nghiên cứu và chế tạo thành công mạch đếm người ra vào một cửa sử dụng họ vi điều khiển 8051,kết quả hiển thị trên LED 7 thanh 4

số và báo hiệu bằng led đơn từ đó kiểm soát số người ra vào phòng

I.3 Vấn đề cần giải quyết

+Tìm hiểu các tài liệu liên quan đến đến đề tài nghiên cứu,đưa ra các giải pháp tối ưu cho việc thiết kế chế tạo sản phẩm thực tế

+Thiết kế và chế tạo mạch gồm các khối: Khối xử lí trung tâm dùng họ vi điều khiển 8051,khối cảm biến,khối hiển thị

+Tiến hành viết chương trình phần mềm phối hợp hoạt động các khối dưới sự điều khiển của khối mạch chính chứ IC AT 89S52

CHƯƠNG II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ II.1.Cơ sở lý thuyết

II.1.1 Tổng quan về họ vi điều khiển 8051

1.Giới thiệu chung về cấu trúc phần cứng

-8051 là IC vi điều khiển,là vi mạch tổng quát của họ MCS-51,linh kiện đầu tiên của họ này được hãng sản xuất Intel đưa ra thị trường

-IC 8051 có các đặc trưng được tóm tắt như sau:

 4KB EPROM bên trong

 128 Bytes RAM nội

 4 port xuất/nhập I/O 8bits

 Giao tiếp nối tiếp

 64KB vùng nhớ mã ngoài

 64KB vùng nhớ dữ liệu ngoại

 Xử lí Boolean

 210 vị trí nhớ có thể định vị bit

 4µs cho hoạt động nhân và chia

Sơ đồ chân của vi điều khiển 8051

+Chân V CC:

-Chân số 40 là VCC , có chức năng cấp điện áp nguồn cho chíp Nguồn điện áplà+5V

+Chân GND:

-Chân số 20 là GND, được nối với đất.V=0V

+Chân XTAL1 và XTAL2:

-8051 có một bộ dao động trên chíp nhưng nó yêu cầu có một xung đồng hồngoài để chạy nó Một bộ dao động thạch anh sẽ được nối tới các chân đầuvào XTAL1 (chân 19) và XTAL2 (chân 18) Bộ dao động thạch anh được nốitới XTAL1 và XTAL2 cũng cần hai tụ gốm giá trị khoảng 30pF Một phía của tụđiện được nối xuống đất như được trình bày trên hình 2a

-Cần phải lưu ý rằng có nhiều tốc độ khác nhau của họ 8051 Tốc độ được coinhư là tần số cực đại của bộ dao động được nối tới chân XTAL Một bộ vi điềukhiển 8051 yêu cầu một tinh thể thạch anh có tần số không lớn hơn 20MHz Khi

8051 được nối tới một bộ dao động tinh thể thạch anh và cấp nguồn thì ta có thểquan sát tần số trên chânXTAL2 bằng máy hiện sóng Nếu ta quyết định sử dụngmột nguồn tần số khác bộ dao động thạch anh, chẳng hạn như là bộ dao độngTTL thì nó sẽ được nối tới chân XTAL1, còn chân XTAL2 thì để hở không nốinhư hình 2b

Nối XTAL tới thạch anh Nối XTAL tới nguồn đồng bộngoài

+Chân RST:

-RST là chân số 9 - Reset Nó là một chân đầu vào có mức tích cực cao (bìnhthường ở mức thấp) Khi cấp xung cao tới chân này thì bộ vi điều khiển sẽ đượcReset và kết thúc mọi hoạt động Điều này thường được coi như là sự tái bậtnguồn Khi kích hoạt tái bật nguồn sẽ làm mất mọi giá trị trên các thanhghi Hình 3 liệt kê các thanh ghi đặc biệt của 8051 và giá trị của chúng sau khiReset

+Chân EA:

-EA có nghĩa là truy cập ngoài (External Access): là chân số 31 trên vỏ kiểuDIP Nó là một chân đầu vào và phải được nối hoặc với Vcc hoặc GND Haynói cách khác là nó không được để hở.

Các thành viên họ 8051 như 8751, 98C51 hoặc DS5000 đều có ROM trên chíplưu cất chương trình Trong các trường hợp như vậy thì chân EA được nốitới Vcc Đối với các thành viên của họ như 8031 và 8032 mà không có ROMtrên chíp thì mã chương trình được lưu cất ở trên bộ nhớ ROM ngoài và chúngđược nạp cho 8031/32 Do vậy, đối với 8031 thì chân EA phải được nối đất đểbáo rằng mã chương trình được cất ở ngoài

Các chân mô tả ở trên đều phải được nối mà không cần thành phần nào được sửdụng Còn hai chân dưới đây được sử dụng chủ yếu trong hệ thống vi điềukhiển 8031

+Chân PSEN:

- PSEN là chân đầu ra cho phép cất chương trình (Program Store Enable) trong

hệ thống Trên vi điều khiển 8031, chương trình được cất ở bộ nhớ ROM ngoàithì chân này được nối tới chân OE của ROM

+Chân ALE:

-Chân cho phép chốt địa chỉ ALE là chân đầu ra tích cực cao Khi nối 8031 tới

bộ nhớ ngoài thì cổng P0 dùng để trao đổi cả địa chỉ và dữ liệu Hay nói cáchkhác 8031 dồn cả địa chỉ và dữ liệu qua cổng P0 để tiết kiệm số chân.Chân ALE được sử dụng để phân kênh địa chỉ và dữ liệu

+Cổng P0:

-Cổng P0 chiếm tất cả 8 chân (từ chân 32 đến 39) Nó có thể được dùng nhưcổng đầu ra, để sử dụng các chân của cổng P0 vừa làm đầu ra, vừa làm đầu vàothì mỗi chân phải được nối tới một điện trở kéo bên ngoài 10k Điều này là do Điều này là domột thực tế là cổngP0 là một máng mở khác với các cổng P1, P2 và P3 Kháiniệm máng mở được sử dụng trong các chíp MOS về chừng mực nào đó nógiống như collector hở đối với các chíp TTL

-Trong bất kỳ hệ thống nào sử dụng 8751, 89C51 hoặc DS5000 ta thường nốicổng P0 tới các điện trở kéo (Xem hình 5), bằng cách này ta có thể sử dụngđược cổng P0 cho cả 2 trường hợp đầu ra và đầu vào Với những điện trở kéongoài được nối, khi Reset cổng P0 được cấu hình như một cổng đầu ra

Cổng P0 với các điện trở kéo

-Cổng P0 là đầu vào: Với các điện trở được nối tới cổng P0 nhằm để tạo nóthành cổng đầu vào thì nó phải được lập trình bằng cách ghi 1 tới tất cả các bitcủa P0

-Vai trò kép của cổng P0: Như trên hình 1, cổng P0 được gán là các bit địachỉAD0 - AD7 cho phép nó được sử dụng vừa cho địa chỉ, vừa cho dữ liệu Khinối 8051/31 tới bộ nhớ ngoài thì cổng P0 cung cấp cả địa chỉ và dữ liệu, 8051dồn dữ liệu và địa chỉ qua cổng P0 để tiết kiệm số chân ALE được sử dụng đểtách địa chỉ và dữ liệu với sự trợ giúp của IC chốt dữ liệu 74LS373

+Cổng P1: Cổng P1 cũng chiếm tất cả 8 chân (từ chân 1 đến chân 8) nó có thểđược sử dụng như đầu vào hoặc đầu ra So với cổng P0 thì cổng này không cầnđến điện trở kéo vì nó đã có các điện trở kéo bên trong Trong quá trình Resetthì cổng P1 được cấu hình như một cổng đầu ra.Cổng P1 là đầu vào: Tương

tự P0, để biến cổng P1 thành đầu vào thì nó phải được lập trình bằng cách ghi 1đến tất cả các bit của nó

+Cổng P2:

-Cổng P2 cũng chiếm 8 chân (các chân từ 21 đến 28) Nó có thể được sử dụng như đầu vào hoặc đầu ra, giống như cổng P1, cổng P2 cũng không cần điện trở kéo vì nó đã có các điện trở kéo bên trong Khi Reset, thì cổng P2 được cấu hìnhnhư một cổng đầu ra

-Cổng P2 là đầu vào: Để tạo cổng P2 như đầu vào thì nó phải được lập trìnhbằng cách ghi các số 1 tới tất cả các chân của nó

-Vai trò kép của P2: Trong các hệ thống 8751, 89C51 và DS5000 thì P2 đượcdùng như đầu ra Tuy nhiên trong hệ thống 80312 thì cổng P2 có thể được dùngcùng vớiP0 để tạo ra địa chỉ 16 bit đối với bộ nhớ ngoài Như chỉ ra trên hình

1 cổng P2 cũng được chỉ định như là các bit địa chỉ A8 - A15 báo chức năng képcủa nó Vì một bộ 8031 có khả năng truy cập 64k byte bộ nhớ ngoài, nên nó cầnmột đường địa chỉ 16 bít Trong khi P0 cung cấp 8 bit thấp qua A0 - A7 Côngviệc của P2 là cung cấp các bít địa chỉ A8 -A15 Hay nói cách khác khi 8031được nối tới bộ nhớ ngoài thì P2 được dùng cho 8 bít cao của địa chỉ 16 bit và

nó không thể dùng cho vào/ra

- Từ những trình bày trên đây ta có thể kết luận rằng trong các hệ thống vi điềukhiển 8751, 89C51 hoặc DS5000 thì ta có các cống P0, P1, P2 và P3 cho cácthao tác vào ra và như thế là có thể đủ cho các ứng dụng với hầu hết các bộ viđiều khiển

+Cổng P3:

-Cổng P3 chiếm tổng cộng là 8 chân từ chân 10 đến chân 17 Nó có thể được sửdụng như đầu vào hoặc đầu ra Cống P3 không cần các điện trở kéo cũngnhư P1 và P2 Mặc dù cổng P3 được cấu hình như một cống đầu ra khi Reset,nhưng đây không phải là cách nó được sử dụng phổ biến nhất

-Cống P3 được bổ sung các chức năng quan trọng, đặc biệt Bảng 2 cung cấp cácchức năng khác của cống P3 Thông tin này áp dụng cho cả 8051 và 8031:

Bộ định thời 0 (TO)

Bộ định thời 1 (T1) Ghi (WR)

Đọc (RD)

1011121314151617

Bảng 2: Các chức năng khác của cống P3

-Các bit P3.0 và P3.1 cung cấp tín hiệu nhận và phát dữ liệu trong truyền thông

dữ liệu nối tiếp

Các bit P3.2 và P3.3 được dành cho các ngắt ngoài

Bit P3.4 và P3.5 được dùng cho các bộ định thời 0 và 1

Cuối cùng các bit P3.6 và P3.7 để ghi và đọc các bộ nhớ ngoài khi được nối tớicác hệ thống 8031

2.Giới thiệu chung về cấu trúc bên trong

-Bộ nhớ bên trong 8051 bao gồm RAM và ROM.RAM bao gồm nhiều thành phần:lưu trữ đa dụng,phần lưu trữ địa chỉ hóa từng bank thanh ghi và các thanh ghi chức năng đặc biệt

-8051 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard: có những vùng nhớ riêng biệt cho

chương trình và dữ liệu.Chương trình và dữ liệu có thể chức trong 8051 nhưng

8051 vẫn có thể kết nối 64Kb bộ nhớ trương trình và 64Kb bộ nhớ dữ liệu mở rộng

+RAM trong 8051 được phân chia như sau:

-các bank thanh ghi có địa chỉ từ 00H đến 1FH

-RAM địa chỉ hóa từng bit có địa chỉ từ 20H đến 2FH

-RAM đa dụng từ 30H đến 7FH

-Các thanh ghi chức năng đặc biệt từ 80H đến FFH

II.1.2 Tìm hiểu IC AT89S52

1 Cấu trúc phần cứng

 Nhóm chân điều khiển vào/ra:

+Port 0: Gồm 8 chân(từ 32 đến 39) có hai chức năng:

-Chức năng xuất/nhập: Các chân này được dùng để nhận tín hiệu bên ngoài vào

để xử lí hoặc dùng để xuất tín hiệu ra bên ngoài

-Chức năng là bus dữ liệu hoặc bus địa chỉ (lấy dữ liệu từ ROM hoặc RAM ngoại,còn được dùng để định địa chỉ của bộ nhớ ngoài

+Port 1: Gồm 8 chân(từ chân 1 đến chân 8):Có chức năng làm các đường xuất nhập,không có chức năng khác

+Port 2: Gồm 8 chân(từ chân 21 đến chân 28): có hai chức năng:

-Chức năng xuất nhập

-Chức năng là bus địa chỉ cao:Khi kết nối với bộ nhớ ngoài có dung lượng lớn, cần 2 Byte để định địa chỉ của bộ nhớ.Byte thấp do P0 đảm nhận,byte cao do P2đảm nhận

+Port 3: Gồm 8 chân (từ chân 10 đến chân 17):

-Chức năng xuất nhập

-Port 3còn dùng phục vụ các chức năng đặc biệt của CPU:

P3.0: RXD (serial input port)-Chân phát dữ liệu của port nối tiếp

P3.1: TXD (serial output port)-Chân thu dữ liệu của port nối tiếp

P3.2: INT0 (external interrupt 0)-Ngõ vào ngắt ngoài 0

P3.3: INT1 (external interrupt 1)-Ngõ vào ngắt ngoài 1

P3.4: T0 (timer 0 external input)-Ngõ vào bộ định thời đếm 0

P3.5: T1 (timer 1 external input)- Ngõ vào bộ định thời đếm 1

P3.6: WR (external data memory-write strobe)-Điều khiển ghi dữ liệu vào RAM ngoài

P3.7: RD (external data memory-read strobe)- -Điều khiển đọc dữ liệu vào RAM ngoài

 Nhóm chân nguồn:

-VCC:chân 40,điện áp cung cấp 5VDC

-GND:chân 20, nối Mass

XTAL2:Ngõ ra từ mạch khuếch đại dao động đảo.

 Nhóm chân chọn bộ nhớ chương trình:

Chân 31 (EA/VPP): Dùng để xác định chương trình thực hiện được lấy từ RAM nội hay RAM ngoại

-Chân 31 nối mass: Sử dụng bộ nhớ bên ngoài vi điều khiển

-chân 31 nối VCC: Sử dụng bộ nhớ chương trình (4Kb) bên trong vi điều khiển

RST(chân RESET): Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào reset dùng để thiết lập trạng thái ban đầu cho vi điều khiển.Hệ thống sẽ được thiết lập lại các giá trị ban đầu nếu ngõ này ở mức 1 tối thiểu 2 chu kỳ máy

 Chân cho phép bộ nhớ chương trình PSEN(program store enable):

Tín hiệu được xuất ra ở chân 29 dùng để truy xuất bộ nhớ ngoài.Chân này

thường được nối với chân OE của ROM ngoài

 Chân ALE(Cho phép chốt địa chỉ -chân 30)

Khi vi điều khiển truy xuất bộ nhớ từ bên ngoài,P0 vừa có chức năng là bus địa chỉ vừa có chức năng là bus dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ.Tín hiệu ở chân ALE dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và các đường dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt.Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tốc độ dao động đưa vào vi điều khiển ,như vậy có thể dùng tín hiệu ở ngõ ra ALE làm xung clock cung cấp cho các phần khác của

hệ thống Sơ đồ chân AT89S52:

2 Cấu trúc bên trong

Phần chính của vi điều khiển AT89S52 là bộ xử lí trung tâm(CPU) bao gồm:-Thanh ghi tích lũy A

-Thanh ghi tích lũy phụ B,dùng cho phép nhân và chia

-Đơn vị logic học(ALU)

II.1.3.Các linh kiện thường dùng cho đề tài

1- Điện trở:

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

-Điện trở được sử dụng rất nhiều trong các mạch điện tử

R= l/S

+Trong đó: là điện trở suất của vật liệu

-S là thiết diện của cuộn dây

-l là chiều dài của cuộn dây

-Điện trở là đại lượng vật lí đặc trưng cho khả năng 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 và cường độ dòng

điện đi qua nó

2- Biến trở

-Là một điện trở thay đổi

được có tác dụng thay đổi

điện áp theo yêu cầu của

người sử dụng

3- Thạch anh 12Mhz:

-Là nguồn tạo xung nhịp dao động

clock ổn định 12Mhz cho dao động của AT89S52.Thạch anh sẽ được gắn vào chân XTAL1 và XTAL2

4- Transistor

-2N2222 là transistor BJT

gồm ba miền tại bởi hai tiếp

giáp p-n,trong đó miễn giữa là

chân kim loại gắn với ba miền tương ứng với ba cực

emitter(E),base(B),collector(C) của transistor

5- Tụ điện

-Lọc nhiễu cho dao động thạch anh.Hai tụ gốm 33pF sẽ được nối một đầu với chân thạch anh,đầu kia nối vào Mass.

-Tụ điện là một linh kiện thụ động,cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực 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= S/d

-Trong đó: là hằng số điện môi

-S là diện tích bề mặt tụ

-D là bề dày chất điện môi

-Tụ điện phẳng gồm hai bàn phẳng kim loại diện tích đặt song song và cách nhau một khoảng d

-Cường độ điện trường bên trong tụ có trị số:

E=

- là hằng số điện môi tương đối của môi trường đối với chân không

6- Led đơn