THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KIỂN ĐÈN GIAO THÔNG VÀ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ

I_Phân tích yêu cầu công nghệ: 1_Nội dung: Thiết kế mạch điều khiển đèn và giám sát nhiệt độ tại một ngã tư giao thông. Hệ thống gồm 2 cột, trên mỗi cột gắn 3 đèn Xanh, Vàng, Đỏ và 2 LED 7 thanh dùng để hiển thị thời gian sáng của mỗi đèn. Giám sát nhiệt độ môi trường bằng nhiệt điện trở kim loại ( dải đo từ 00C đến 550C). Hai nút Startbằng Stop để khởi động và dừng hệ thống. 2_Mô tả: khi ấn nút khởi động đèn xanh 1 sẽ sáng trong 20 giây,đồng thời đèn đỏ 2 sáng trong 25 giây.sau 20 giây đèn xanh 1 tắt đồng thời vàng 1 sáng trong thời gian 5 giây.tiếp theo xanh 2 sáng 20 giây ,sau đó vàng 2 sáng 5 giây trong thời gian đó đỏ 1 sáng 25 giây .(thỏa mãn thời gian đỏ=xanh+vàng). Cảm biến nhiệt độ cũng cho thông tin đo ngay khi ấn Start, nếu nhiệt độ đạg 410C thì cảnh báo bằng còi. Khi ấn Stop thì hệt thống dừng. Sử dụng các thiết bị đo để giám sát khi cần thiết.

MỤC LỤC MỤC LỤC Lời Mở Đầu: CHƯƠNG I: MẠCH CHỨC NĂNG SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG I_Phân tích yêu cầu công nghệ: 1_Nội dung: 2_Mô tả: CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KIỂN ĐÈN GIAO THÔNG VÀ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ I.Sơ đồ nguyên lý mạch đèn giao thông: 1/Sơ đồ khối 2/ Chức khối .4 2.1/ Bộ nguồn: 2.2 / Bộ tạo xung: 2.3 /Bộ đếm: 2.4/Bộ giải mã: 10 2.5/Bộ hiển thị: 10 II Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch dùng IC số điều khiển đèn giao thông ngã tư: 18 III MẠCH GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ .19 1.sơ đồ nguyên lí: 19 2,chức khối mạch đo: .19 3, thiết bị dùng mạch: 19 4,nguyên lý hoạt động: 21 CHƯƠNG III Kết Luận: 21 Trang Lời Mở Đầu: Ngày nay, khái niệm kỹ thuật số trở thành quen thuộc với nhiều người, phát triển ngành kỹ thuật số có ảnh hưởng lớn đến ngành kinh tế toàn cầu.Có người nêu lên ý tưởng gọi kinh tế thời đại “ kinh tế kỹ thuật số “, “số hóa” gần vượt khỏi ranh giới thuật ngữ kỹ thuật Nhờ có ưu điểm xử lý số độ tin cậy truyền dẫn, tín đa thích nghi kinh tế nhiều phần mềm khác nhau, tín tiện lợi điều khiển khai thác mạng Số hóa xu hướng phát triển tất yếu nhiều lĩnh vực kỹ thuật kinh tế khác nhau.Không lĩnh vục thông tin liên lạc tin học.Ngày nay, kỹ thật số thâm nhập mạnh mẽ vào Kỹ thuật điện tử, Điều khiển tự động, phát thang truyền hình, y tế, nông nghiệp…và dụng cụ sinh hoạt gia đình Ngay từ ngày đầu khai sinh, kỹ thuật số nói riêng ngành điện tử nói chung tạo nhiều bước đột phá mẽ cho ngàng kinh tế khác đảm bảo yêu cầu người dùng chất lượng dịch vụ.Đồng thời kiến thức kỹ thuật số thiếu sinh viên, sinh viên điện tử Và mội người nhận thấy rằng, ngày trật tự giao thông nước ta rối ren.Vì việc sử dụng đèn giao thông giao lộ cần thiết để hiểu rõ nguyên lý hoạt động muốn phát triển thêm mô hình này, em chọn đề tài cho đồ án nghiên cứu Đèn Giao Thông Thực IC 555, IC 4017 kết hợp số đèn led để hiển thị số tụ điện trở để tạo xung nhịp Với việc sử dụng IC ta thực đèn giao thông với đếm Trang CHƯƠNG I: MẠCH CHỨC NĂNG SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG I_Phân tích yêu cầu công nghệ: 1_Nội dung: Thiết kế mạch điều khiển đèn giám sát nhiệt độ ngã tư giao thông Hệ thống gồm cột, cột gắn đèn Xanh, Vàng, Đỏ LED dùng để hiển thị thời gian sáng đèn Giám sát nhiệt độ môi trường nhiệt điện trở kim loại ( dải đo từ 00C đến 550C) Hai nút Startbằng Stop để khởi động dừng hệ thống 2_Mô tả: ấn nút khởi động đèn xanh sáng 20 giây,đồng thời đèn đỏ sáng 25 giây.sau 20 giây đèn xanh tắt đồng thời vàng sáng thời gian giây.tiếp theo xanh sáng 20 giây ,sau vàng sáng giây thời gian đỏ sáng 25 giây (thỏa mãn thời gian đỏ=xanh+vàng) Cảm biến nhiệt độ cho thông tin đo ấn Start, nhiệt độ đạg 410C cảnh báo còi Khi ấn Stop hệt thống dừng Sử dụng thiết bị đo để giám sát cần thiết Trang CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KIỂN ĐÈN GIAO THÔNG VÀ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ I.Sơ đồ nguyên lý mạch đèn giao thông: 1/Sơ đồ khối Bộ tạo xung Bộ giải mã hiển thị Bộ đếm Bộ hiển thị Bộ nguồn Mạch gồm có khối: - Bộ tạo xung - Bộ đếm - Bộ giải mã hiển thị - Bộ hiển thị - Bộ nguồn 2/ Chức khối 2.1/ Bộ nguồn: Bộ nguồn cung cấp cho toàn mạch ta dùng nguồn chiều khoảng 5V cung cấp cho tạo xung IC555 đếm IC 74192 2.2 / Bộ tạo xung: Dùng IC 555 để tạo xung nhịp Cấu tạo IC 555 Trang U D SC H G O U T C V R ST TH R TR G VC C G N D N E555 *Sơ đồ tạo xung nhịp: *Chu kỳ tạo xung: Thông thường mạch dao động ta có công thức tính thời gian ngưng dẫn transistor : T = RCln2 =0.693 RC  Thời gian ngưng dẫn mức áp cao lúc tụ C2 nạp d.ng qua R1+R2 Tn = 0.693*(R1+R2)*C2 Thời gian ngưng dẫn mức áp thấp lúc tụ C2 xả d.ng qua R2 Tx = 0.693*R2*C2 Như chu kỳ tín hiệu : T = Tn+Tx T = 0.693*(R1+2*R2)*C2 Vi mạch định LM 555 mạch tích hợp Analog- digital Do có ngõ vào tín hiệu tương tự ngõ tín hiệu số Vi mạch định LM555 ứng dụng Trang rộng rãi thực tế, đặc biệt lĩnh vực điều khiển, kết hợp với linh kiện R, C thực nhiều chức như: định thì, tạo xung chuẩn, tạo tín hiệu kích, hay điều khiển linh kiện bán dẫn công suất Transistor, SCR, Triac… *Sơ đồ chân LM555 Chân số : (GND) Cho nối mass để lấy dòng cấp cho IC , dòng điện từ mas chảy vào IC Chân sô 2: (Trigger Input ) Ngõ vào tầng, mức áp chuẩn 1/3 Vcc, lấy cầu phân áp tạo ba điện trở 5K.Khi mức áp chân xuống đến mức (1/3)Vcc chân chuyển lên mức cao, lúc khóa điện tử chân số 7sẽ hở Chân số 3: (Output) Ngõ tín hiệu dạng xung (mức áp không thấp cao) Chân số :(Reset) Xác lập trạng thái ngõ Khi chân số cho nối mass chân số chốt mức áp thấp , chân số đặt mức áp cao ngõ chân tự lúc cao lúc thấp Chân số 5:(Control Voltage) Chân điều khiển ,chân làm thay đổi mức điện áp chuẩn trên cầu chia volt Chân số 6: (Threshold) Ngõ vào tầng so với áp 1.Có mức áp chuẩn 2/3 Vcc Chân số 7: (Dirchange) Chân xả điện, chân ngõ khóa điên (tranistor) khóa điện đóng mở theo mức áp chân số 3.Khi chân mức áp cao khóa điện đóng lại cho dòng chay qua, ngược lại khóa điện hở cắt dòng Chân số 8: (+Vcc) Chân nguồn nối vào nguồn nuôi Vcc để cấp điện cho IC 555 Bên vi mạch 555 có 20 transistor nhiều điện trở thực chức hình gồm có: a) Cầu phân áp gồm ba điện trở 5k Ω nối từ nguồn +Vcc xuống mass cho hai điện áp chuẩn 1/3 Vcc 2/3 Vcc b) OP-AMP (1) Là mạch khuếch đại so sánh có ngõ In- nhận điện áp chuẩn 2/3 Vcc, ngõ In+ nối chân Tùy thuộc điện áp chân so với điện áp chuẩn 2/3 Vcc mà OP-AMP (1) có điện áp mức cao hay thấp để làm tín hiệu R (reset), điều khiển Flip- Flop (F/F) c) OP-AMP (2) Là mạch khuếch đại so sánh có ngõ In+ nhận điện áp chuẩn 1/3 Vcc, ngõ In- nối chân Tùy thuộc điện áp chân so với điện áp chuẩn 1/3 Vcc mà OP-AMP (2) có điện áp mức cao hay thấp để làm tín hiệu S (set), điều khiển Flip – Flop (F/F) d) Mạch Flip-Flop(F/F) loại mạch lưỡng ổn kích bên Khi chân set (S) có điện áp cao thiện áp kích đổi trạng thái F/F ngõ Q lên mức cao ngõ Q xuống mức thấp Khi ngõ set mức cao xướng mức thấp mạch F/F không đổi trang thái.Khi chân Reset(R) có điện áp cao điện áp kích đổi trạng thái F/F làm ngõ Q lên mức cao ngõ Q xuống mức thấp Khi ngõ Reset mức cao xuống thấp mạch F/F không đổi trạng thái Trang hình : Cấu trúc bên LM 555 e) Mạch Output mạch khuếch đại ngõ để tăng độ khuếch đại dòng cấp cho tải Đây mạch khuếch đại đảo, có ngõ vào chân Q F/F, nên Q mức cao ngõ chân IC có điện áp thấp ( ≈ 0V), ngược lại, Q mức thấp ngõ chân IC có điện áp cao ( ≈ Vcc) f) Transistor T1 có chân E nối vào điện áp chuẩn khoảng 1.4 V, loại Transistor PNP.Khi cực B nối chân 4, có điện áp cao 1.4V, T1 ngưng dẫn, nên T1 không ảnh hưởng đếm hoạt động mạch.Khi chân có điện trở trị số nhỏ thích hợp nối mass T1 dẫn bão hòa, đồng thời làm mạch OUTPUT dẫn bão hòa, ngõ xuống thấp Chân gọi chân Reset có nghĩa Reset IC 555 bất chấp tình trạng ngõ vào khác Do đó, chân Reset dùng để kết thúc xung sớm cần Nếu không dùng chức Reset nối chân lên Vcc để tránh mạch bị Reset nhiễu g) Transistor T2 transistor có cực C để hở nối chân (Discharge = xả ) Do cực B phân cực mức điện áp Q F/F, nên Q mức cao T2 bão hòa cực C T2 coi nối mass.Lúc đó, ngõ chân mức thấp Khi Q mức thấp T2 ngưng dẫn cực C T2 bị hở, lúc đó, ngõ chân có điện áp cao.Theo nguyên lý trên, cực C T2 chân làm ngõ phụ có mức điện áp giống mức điện áp ngõ chân *Nguyên lý hoạt động: Ký hiệu mức thấp 0V, mức cao gần VCC Mạch FF loại RS Flip-flop, Khi S = [1] Q = [1] = [ 0] Sau đó, S = [0] Q = [1] Khi R = [1] = [0] = [1] Q = [0] Tóm lại, S = [1] Q = [1] R = [1] Q = [0] = [1], Trang transisitor mở dẫn, cực C nối đất.Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp chân không vượt V2 Do lối Op-amp mức 0, FF không reset Giai đoạn ngõ mức 1: Khi bấm công tắc khởi động, chân mức Vì điện áp chân (V-) nhỏ V1 (V+), ngõ Op-amp mức nên S = [1], Q = [1] = [0].Ngõ IC mức Khi = [0], transistor tắt, tụ C tiếp tục nạp qua R, điện áp tụ tăng Khi nhấn công tắc lần Op-amp có V- = [1] lớn V+ nên ngõ Op-amp mức 0, S = [0], Q không đổi.Trong điện áp tụ C nhỏ V2, FF giữ nguyên trạng thái Giai đoạn ngõ mức 0: Khi tụ C nạp tiếp, Op-amp có V+ lớn V- = 2/3 VCC, R = [1] nên Q = [0] = [1].Ngõ IC mức Vì = [1], transistor mở dẫn, Op-amp2 có V+ = [0] bé V-, ngõ Op- amp mức 0.Vì Q transistor không đổi giá trị, tụ C xả điện thông qua Kết cuối cùng: Ngõ OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vuông, có chu kỳ ổn định 2.3 /Bộ đếm: Dùng IC 74192 đếm thập phân *Sơ đồ cấu tạo: Trang : Chân MR Master Clear, để lên High reset, Low chạy bình thường Chân PL chân Preset (là chân đặt trước giá trị), lên High ko làm gì, Low nhận liệu từ P0 đến P3 làm giá trị đếm (giá trị đặt trước) Bình thường, chân CPU CPD đặt lên High, có xung cạnh lên CPU đếm tiến, xung cạnh lên CPD đếm lùi (chi tiết cách đếm datasheet) Các chân TCU TCD chân carry, dùng để nối tiếp IC khác.Các chân Q0 đến Q3 chân ngõ Trang 2.4/Bộ giải mã: 2.5/Bộ hiển thị: Bộ hiển thị thiết bị thể số đếm, thiết bị hiển thị đèn giao thông Sơ đồ thể số đếm Hiển thị đèn giao thông Trang 10 *Sơ Lược Về Các Linh Kiện Chính Trong Mạch a) Máy biến áp Máy biến hay máy biến áp thiết bị điện gồm hai nhiều cuộn dây, hay cuộn dây có đầu vào đầu từ trường.Cấu tạo máy biến thường hay nhiều cuộn dây đồng cách điện quấn lõi sắt hay sắt từ ferit Máy biến thay đổi hiệu điện xoay chiều, tăng hạ thế, đầu cho hiệu điện tương ứng với nhu cầu sử dụng.Máy biến đóng vai trò quan trọng truyền tải điện Máy biến hoạt động tuân theo tượng vật lí: • • dòng điện chạy qua dây dẫn tạo từ trường (từ trường) biến thiên từ thông cuộn dây tạo hiệu điện cảm ứng (cảm ứng điện) Dòng điện tạo cuộn dây sơ cấp nối với hiệu điện sơ cấp, từ trường biến thiên lõi sắt.Từ trường biến thiên tạo mạch điện thứ cấp hiệu điện thứ cấp.Như hiệu điện sơ cấp thay đổi hiệu điện thứ cấp thông qua từ trường.Sự biến đổi điều chỉnh qua số vòng quấn lõi sắt Khi NP, UP, IP, ΦP NS, US, IS, ΦS số vòng quấn, hiệu điện thế, dòng điện từ thông mạch điện sơ cấp thứ cấp (primary secondary) theo Định luật Faraday ta có: Nếu ΦS = ΦP , Như Trang 11 b) Tụ điện: • Tụ điện chiều, hay tụ phân cực (Electrolytic Capacitor): Khi đấu nối phải cực âm - dương Thường tụ quy ước cực âm cách sơn vạch màu sáng dọc theo thân tụ, tụ chưa cắt chân dài cực dương • Tụ điện xoay chiều: hay tụ không phân cực Tụ điện linh kiện thụ động cấu tạo tụ điện hai cực kim loại ghép cách khoảng d hai tụ dung dịch hay chất điện môi cách điện có điện dung C Đặc điểm tụ cho dòng điện xoay chiều qua, ngăn cản dòng điện chiều Công thức tính điện dung tụ: C = ε.S/d ε số điện môi S điện tích bề mặt tụ m2 d bề giày chất điện môi Tụ điện phẳng gồm hai bàn phẳng kim loại diện tích đặt song song cách khoảng d ÷ Cường độ điện trường bên tụ có trị số E= ε0 = 8.86.10-12 ε δ ε 0ε C2/ N.m2 số điện môi chân không số điện môi tương đối môi trường; chân không giấy tẩm dầu = 3,6, gốm = 5,5; mica = ÷ ε c) Điện trở: Điện trở linh kiện thụ động có tác dụng cản trở dòng áp Điện trở đựơc sử dụng nhiều mạch tử R =ρℓ/S R=U/I Trong ρ điện trở suất vật liệu S thiết diện dây ℓ chiều dài dây = 1, Trang 12 điện Cách đọc điện trở : điện trở đa dạng nên để đọc xác điên trở ta cần xác định trị số vòng màu +vòng số vòng cuối luôn có màu nhũ vàng hay nhũ bạc,đây vòng sai số điện trở,khi đọc trị số ta bỏ qua vòng +đối diện với vòng cuối vòng 1,tiếp theo đến vòng số 2,số +vòng số vòng số hàng chục hàng đơn vị +vòng số bội số số 10 Sau thiết kế mạch phải lựa chọn loại điện trở phù hợp cho mạch đo,thì đầu xác d) Diode: Diode cấu tạo gồm hai lớp bán dẫn p-n ghép với Diode hoạt động dẫn dòng điện từ cực anot sang catot áp hai chân phân cực thuận (VP>VN) lớn điện áp ngưỡng Khi phân cực ngược (VP[...]... biến nhiệt độ thông dụng hiện nay mà ta thường dùng : _ cặp nhiệt ngẫu - nhiệt điện trở kim loại - IC cảm biến nhiệt độ Trong bài này ta sẽ sử dụng cảm biến là nhiệt điện trở kim loại, loại này có 2 loại thông dụng là nhiệt điện trơ platin và nhiệt điện trở nikel Cụ thể ta sử dụng nhiệt điện trở platin loại có độ tuyến tính theo nhiệt độ cao, điện trở suất cao, chống oxy hóa, độ nhạy cao, dải nhiệt. .. mức cao và đưa vào cực b của U2, điện trở Rb phân cực cho C1815 bây giờ BJT dẫn đèn Xanh_1 sáng đồng thời kích cho U3 dẫn đèn đỏ 2 sáng.Nhiệm vụ của các điện trở cực E của BJT là hạ áp cho Led Đến lúc Q4 tích cục mức cao kích cho U4 dẫn làm cho đèn Vàng 1 và đèn Đỏ 2 sáng.Tương tự cho chu kì tích cực mức cao của IC4017 .Đèn giao Thông này hoạt động theo nguyên lý đèn Đỏ = Đèn Vàng + Đèn Xanh Để đèn sáng... vẽ *Thiết kế bộ hiển thị đèn giao thông: Nguyên lý: các trạng thái chuyển tiếp theo thứ tự lặp tuần hoàn X • Bảng trạng thái tổng quát: X t)s) 0s 1s 2s Đ V t)s+1) 1s 2s 0s V 1Z 1 0 0 Đ 2Z 0 1 0 3Z 0 0 1 *Hiển thị đè giao thông : Dùng ic 4017 tự đếm tuần 0 1 2 xanh vàng đỏ Trang 17 -chân 3 nối vào chân RESET để đếm được lặp lại II Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của mạch dùng IC số điều khiển đèn giao thông. .. thông ở ngã tư: Trang 18 *nguyên lý hoạt động: khi ấn nút khởi động đèn xanh 1 sẽ sáng trong 20 giây,đồng thời đèn đỏ 2 sáng trong 25 giây.sau 20 giây đèn xanh 1 tắt đồng thời vàng 1 sáng trong thời gian 5 giây.tiếp theo xanh 2 sáng 20 giây ,sau đó vàng 2 sáng 5 giây trong thời gian đó đỏ 1 sáng 25 giây (thỏa mãn thời gian đỏ=xanh+vàng) III MẠCH GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ 1.sơ đồ nguyên lí: -sơ đồ nguyên lí gồm... nhỏ hơn điện áp so sánh thì đầu ra của opam741 là mức thấp,tranzito không dẫn ,loa sẽ không kêu cảnh báo CHƯƠNG III Kết Luận: Mạch đèn giao thông và giám sát nhiệt độ này còn mang tính sơ sài mang và tính chất mô phỏng.Qua đó em rút ra kinh nghiệm làm mạch, cũng như áp dụng lý thuyết vào thực hành Trang 21 ... đưa ra từ cảm biến và dùng trong bộ so sánh để đưa ra khối cảnh báo cho mạch đo Hình ảnh thực tế của bộ khuếch đại thuật toán : Trang 20 3, các thiết bị cảnh báo : để cảnh báo quá nhiệt độ ta có thể sử dụng chuông cảnh báo hoặc còi để cảnh báo, hoặc ta có thể sử dụng đồng thời cả hai để cảnh báo quá nhiệt độ Những thiết bị này thường mang thông tin nhanh và chính xác, dễ lắp đặt và sử dụng nguồn điện... trong mạch: Để xác định được các thiết bị mà mình sẽ sử dụng trong quá trình tính toán thiết kế mạch đo ta đi dựa vào các khối cơ bản trong mạch đo để xác định các linh kiện mà mình sẽ dùng,sau đây ta sẽ liệt kê các linh kiện sử dụng : Trang 19 1, cảm biến : nhiệt độ là một đại lượng vật lý mà ta có thể đo gián tiếp qua các loại cảm biến nhiệt độ dựa trên sự chuyển động của các hạt điện tích hình thành... quyết định sự hoạt động hay không của cả mạch một bộ nguồn tốt sẽ làm cho mạch hoạt động ổn định và đảm bảo sự bền vững lâu dài cho các linh kiện có trong mạch Chức năng chính của khối nguồn là biến đổi dòng điện AC thàn dòng điện DC để nuôi mạch hoạt động.Có thể dùng nhiều loại IC nhưng thông dụng nhất là họ IC 78xx loại IC này có 3 chân rất tiện cho việc thiết kế bộ nguồn nhỏ và ổn định hay các... vậy hiệu điện thế sơ cấp có thể thay đổi được hiệu điện thế thứ cấp thông qua từ trường.Sự biến đổi này có thể được điều chỉnh qua số vòng quấn trên lõi sắt Khi NP, UP, IP, ΦP và NS, US, IS, ΦS là số vòng quấn, hiệu điện thế, dòng điện và từ thông trong mạch điện sơ cấp và thứ cấp (primary và secondary) thì theo Định luật Faraday ta có: và Nếu ΦS = ΦP thì , ngoài ra Như vậy Trang 11 b) Tụ điện: • Tụ điện... cảm biến nhiệt điện trở kim loại để chuyển đổi tín hiệu nhiệt độ sang tín hiệu điện áp b, khối khuếch đại : có chức năng khuếch đại tín hiệu điện từ cảm biến đưa tới,vì tín hiệu do cảm biến đưa ra thường là rất bé nên ta phải khuếch đại lên để đưa vào các mạch điện khác c, mạch so sánh : có tác dụng so sánh tín hiệu đưa ra từ khối khuếch đại để đưa ra khối cảnh báo khi có sự quá nhiệt độ 3, các thiết