Thiết kế hệ thống điều khiển bãi đỗ xe tự động và giám sát nhiệt độ

3.Bộ giải mã - Khi tín hiệu đã được mã hóa và xử lý bằng thiết bị điện tử số. Kết quả xử lý cũng là tín hiệu số. Bởi vậy cần chuyển đổi tín hiệu dạng số thành tín hiệu mà ta dễ hiểu. Các thiết bị điện tử thực hiện nhiệm vụ này được gọi là bộ giải mã. Bộ giải mã nhị phân - Bộ giải mã nhị phân có chức năng phiên dịch mã nhị phân thàh tín hiệu đầu ra tương ứng với một tín hiệu quy định nào đó. 3.3 Bộ giải mã hiển thị ký tự - Để hiển thị ký tự là 10 chữ số hệ thập phân từ 0 đến 9 thường sử dụng các phần tử quang điện, trong đó có led 7 thanh. 4.Bộ so sánh - Là mạch điện để so sánh 2 số hệ nhị phân đã được chuyển hóa thành dãy tín hiệu xung điện áp với các mức tương ứng. Kết quả sau khi so sánh phải xác định được, hai số có bằng nhau không, hay số nào lớn hơn, số nào bé hơn. - Phân loại : + so sánh bằng nhau + so sánh lớn hơn, bé hơn

MỤC LỤC

Contents

MỤC LỤC 1

BÀI TẬP LỚN 3

Môn: Vi mạch tương tự & vi mạch số 3

CHƯƠNG I: TRÌNH BÀY VỀ CÁC MẠCH CHỨC NĂNG SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG 4

A Tìm hiểu chung về mạch logic,mạch dãy,mạch dao động 4

I Mạch logic tổng hợp 4

1.1 Đặc điểm cơ bản của mạch logic tổ hợp 4

1.2 Các phương pháp biểu thị 4

1.3 Phương pháp thiết kế mạch logic tổ hợp 5

2.Bộ mã hóa 5

3.Bộ giải mã 6

3.3 Bộ giải mã hiển thị ký tự 6

4.Bộ so sánh 6

5.Bộ cộng 6

6.Bộ chọn kênh 6

II.MẠCH DÃY 7

1.Đại cương về mạch dãy 7

1.1Đặc điểm và phương pháp mô tả chức năng mạch dãy 7

1.2.Phương pháp cơ bản phân tích chức năng logic mạch dãy 7

2 Bộ đếm 7

3.Bộ nhớ 9

Bộ nhớ 9

III MẠCH TẠO DAO ĐỘNG 10

1 Khái niệm về mạch dao động 10

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG VÀ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ 15

2.1 Sơ đồ khối bố trí linh kiện trong bài 15

2.2 Các linh kiện sử dụng trong bản thiết kế 15

2.3 Xây dựng mạch chuẩn hóa nhiệt độ 16

2.4 Xây dựng mạch phát xung chuẩn cấp cho các bộ đếm dùng Timer 555 16

2.5 Sơ đồ chân, bảng chân lí và ứng dụng các vi mạch sử dụng 17

2.6 Sơ đồ nguyên lí của mạch 24

2.7 Thuyết minh nguyên lí mạch hoạt động 26

2.8 Mô tả bằng Proteus và chạy thử 28

CHƯƠNG III: KẾT LUẬN 29

3.1 Các kết quả đạt được 29

3.2 Các hạn chế tồn tại của bản thiết kế và phương hướng khắc phục 29

BÀI TẬP LỚN

Môn: Vi mạch tương tự & vi mạch số

Đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển bãi đỗ xe tự động và giám sát nhiệt độ

+ Nhóm 2

+ Sinh viên thực hiện:

Bùi Quang Đạt (0841040287)

Phạm Văn Định (0841040306)

Văn Danh Đăng (0841040246)

Nguyễn Phương Đông (0841040301)

+ Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Thu Hà

CHƯƠNG I: TRÌNH BÀY VỀ CÁC MẠCH CHỨC NĂNG SỬ DỤNG

TRONG HỆ THỐNG

A Tìm hiểu chung về mạch logic,mạch dãy,mạch dao động

I Mạch logic tổng hợp

a Đặc điểm cơ bản và phương pháp thiết kế mạch logic tổ hợp

1.1. Đặc điểm cơ bản của mạch logic tổ hợp

- Mạch logic tổ hợp có đặc điểm cơ bản là giá trị ( 0 or 1 ) tín hiệu đàu ratại thời điểm bất kỳ chỉ phụ thuộc vào tổ hợp giá trị tín hiệu vào tại thời điểm

đó Nói cách khác, mạch logic tổ hợp là mạch không có các phần tử nhớ

- Mạch logic tổ hợp được xây dựng từ các mạch điện cổng logic

1.3 Phương pháp thiết kế mạch logic tổ hợp

II.MẠCH DÃY

1.Đại cương về mạch dãy

1.1Đặc điểm và phương pháp mô tả chức năng mạch dãy

Mạch dãy là mạch điện số mà trạng thái đầu ra của nó không chỉ phụ thuộcvào trạng thái đầu vào ở thời điểm đó,mà còn phụ thuộc vào trạng thái bảnthân mạch ở thời điểm trước đó (đó là trạng thái trong mạch) Vậy trong mạchdãy phai có mạch lật (mạch FF) để tạo nhớ Sơ đồ khối mạch dãy có thể mô tảnhư hình sau:

Các phương pháp để mô tả chức năng của mạch dãy

-Phương pháp sử dụng phương trình logic:dùng để mô tả quan hệ phụ thuộccủa các biến ra theo các biến vào và trạng thái nội tại đang có trong mạch-Phương pháp sử dụng bảng trạng thái:dùng bảng liệt kê mối quan hệ theogiá trị logic giữa các tập biến

-Phương pháp sử dụng đồ hình trạng thái:dùng hình vẽ phản ánh quy luậtchuyển đổi trạng thái và tình hình giá trị đầu vào,đầu ra tương ứng của mạch-Phương pháp sử dụng đồ thị thời gian:là dạng sóng công tác mô tả quan hệtương ứng các giá trị đầu vào,đầu ra,trạng thái mạch điện về thời gian

1.2.Phương pháp cơ bản phân tích chức năng logic mạch dãy

Bước 1:Viết các phương trình:phương trình định thời,đầu ra và phương trình kích Bước 2:Tìm phương trình trạng thái

Bước 3:Tính toán

Bước 4:Vẽ sơ đồ trạng thái (hoặc lập bảng trạng thái,vẽ đồ thị thời gian)

2 Bộ đếm

Đặc điểm và phân loại bộ đếm

• Là mạch điện số có khả năng nhớ được số xung đến cửa vào

Đồ thị dạng sóng tương ứng :

Một số mạch điển hình dùng bộ đếm

Trong thực tế bộ đếm được sử dụng rộng rãi như:dùng làm đồng hồ số,bãi đỗ

xe tự động hay đèn báo giao thông ,…

III MẠCH TẠO DAO ĐỘNG

1 Khái niệm về mạch dao động.

Mạch dao động được ứng dụng rất nhiều trong các thiết bị điện tử, như

mạch dao động nội trong khối RF Radio, trong bộ kênh Tivi mầu, Mạch daođộng tạo xung dòng , xung mành trong Tivi, tạo sóng hình sin cho IC Vi xử

IC tạo dao động XX555 ; XX có thể là TA hoặc LA v v

Mạch tạo dao động băng IC555

IC 555 là một loại linh kiện khá là phổ biến bây giờ với việc dễ dàng tạo được xung vuông và có thể

thay đổi tần số tùy

thích, với sơ đồ mạch đơn giản,điều

chế được độ rộng xung Nó được ứng

dụng hầu hết vào các mạch tạo xung

đóng cắt hay là những mạch dao

động khác Đây là linh kiện của hãng

CMOS sản xuất

B Phân tích yêu cầu công nghệ

Từ thực trạng thiếu các bãi đỗ xe cho các phương tiện giao thông , khiếncác phương tiện này phải chiếm lòng, lề đường để tạm thời làm nơi đậu đỗ.Tình hình đó dễ gây ra ùn tắt giao thông, tai nạn giao thông và mất vẻ mỹ quangcủa thành phố Bên cạnh đó, tình trạng này càng gia tăng khi số lượng phươngtiện giao thông đang mỗi ngãy một tăng lên

Một bãi đậu xe cạnh tranh phải có không khí thân thiện cho khách hàng, tiện lợi

về vị trí và đội ngũ lao động làm việc đặc biệt hiệu quả Các công ty hiện đạitập trung đội ngũ nhân viên, nếu có thể, tại vị trí trung tâm mà các nhân viên cóthể thuận lợi về không gian quản lý Để làm điều này, nó phải phối hợp mộtcách thông minh các kỹ thuật mới trong quản lý tự động, kỹ thuật âmthanh(audio) và hình ảnh (video) kỹ thuật trong nước (domestic)và truyền thôngtin số Kỹ thuật này tạo điều kiện tốt nhất cho các khách hàng quan tâm đếngiao tiếp bằng thính giác và thị giác, giữa các khách hàng và trung tâm điềukhiển giám sát có quyền trợ giúp từ xa các vấn đề đang diễn ra, hay các sự kiệnbất thường Các hoạt động vệ sinh và bảo trì được thực hiện xung quanh khuvực đậu xe phải cần có kế hoạch và cần thiết

Trung tâm điều khiển của bãi đỗ xe với số lượng nhân sự thấp gồm có các đặc điểm như sau:

Hệ thống đầy đủ là một hệ thống điều khiển tin cậy và dễ hiểu

Hệ thống điều khiển tự động hổ trợ cho các nhà vận hành và tránh bị căngthẳng

Hệ thống truyền thông và thông tin đề cao tính lưu động và tốc độ phảnhồi nhanh

Công nghệ sử dụng phải kinh tế và có khả năng mở rộng

Hệ thống giám sát và chuẩn đoán lỗi phản ứng nhanh chóng, tin cậy vàliên tục thông báo tình trạng của hệ thống

Tạo môi trường làm việc thân thiện và khả năng thực hiện cao

 Một số hình ảnh về bãi đỗ xe tự động:

Hình ảnh bãi giữ xe Daibutsumae ở TOKYO

Hình ảnh bãi giữ xe Noborioji ở Nawasaki

C Các linh kiện cần dùng trong bài-Mục đích sử dụng

- Linh kiện nhận biết tín hiệu

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BÃI ĐỖ

XE TỰ ĐỘNG VÀ GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ 2.1 Sơ đồ khối bố trí linh kiện trong bài

2.2 Các linh kiện sử dụng trong bản thiết kế

- 2 nút ấn button: Thay thế cảm biến đầu vào và đầu ra để nhận biết xe vào bãi

và ra bãi

- Đèn Led D1: Báo còn chỗ

- Đèn Led D2: Báo hết chỗ

- Led 7 thanh:

+ Hiển thị số xe có trong bãi đỗ

+ Hiển thị thời gian đếm

Đầy xe

2.3 Xây dựng mạch chuẩn hóa nhiệt độ

2.4 Xây dựng mạch phát xung chuẩn cấp cho các bộ đếm dùng Timer 555

2.5 Sơ đồ chân, bảng chân lí và ứng dụng các vi mạch sử dụng

 IC 555

Là IC tạo dao động tần số cấp xung nhịp

Sơ đồ khối 555

- Chân 1 (GND): cho nối GND để lấy nguồn cấp cho IC hay chân

còn gọi là chân chung

- Chân 2 (TRIGGER) : đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh vàđược dùng như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp Mạch so sanh

ở đây dùng các transitor PNP với mức điện áp chuẩn 2/3 Vcc

- Chân 3 (OUTPUT) : chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic.Trạng

thái của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1 1 ở đây là mức cáo

nó tương ứng gần bằng Vcc nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đươngvới 0V nhưng trong thực tế nó không được ở mức 0V mà nó trongkhoảng ( 0.35-

>0.75V)

- Chân 4 (RESET) : dùng lập định mức trạng thái ra Khi chân số 4 nốimasse thì ngõ ra ở mức thấp Còn khi chân 4 nối vào mức cao thì trạngthái ngõ ra phụ thuộc vào điện áp chân 2 và chân 6 Nhưng mà trongmạch để tạo được dao động thường nối chân này lên Vcc

- Chân 5 ( CANTROL VOLTAGE): dùng thay đổi mức áp chuẩn trong IC

555 theo các mức biển áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài nối GND.Chân này có thể không nối cũng được nhưng để giảm trừ nhiễu người

ta thường nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ

0.01uF->0.1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn được ổn định

- Chân 6 (THRESHOLD): là một trong những chân đầu vào so sánh điệnáp

khác và cũng được dùng như 1 chân chốt dữ liệu

- Chân 7 (DISCHAGER): có thể xem chân này như 1 khóa điện tử vàchịu điều khiển bởi tầng logic của chân 3 Khi chân 3 ở mức điện ápthấp thì khóa này đóng lại , ngược lại thì nó mở ra Chân 7 tự nạp xảđiện cho mạch R_C lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động

- Chân 8 (VCC): đây là chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động không có ,chân này coi như IC chết Nó được cấp điện áp từ 2->18V

 IC 4017

IC 4017 để tạo ra bộ đếm thập phân

- Sơ đồ chân:

Hoạt động :

- Chân 14( CLK) nhận xung

- Chân (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 11, 10, 9) (Q0-Q9) đưa dữ liệu ra ngoài,

mỗi lần kích một xung vào, một chân sé được đưa lên mức cao

một cách tuần tự, các chân còn lại ở mức thấp

- Chân 13(E): Tích cực mức thấp

- Chân 15(MR): Chân reset, mỗi khi kích lên mức cao, IC được reset

- Chân 12 (CO): Trong 5 xung đầu ( từ Q0 - Q4 lần lượt lên mức

cao) CO ở mức cao, 5 xung tiếp theo (từ Q5 – Q9 lần lượt lên mức

cao) CO ở mức thấp

 LED 7 thanh

Led 7 thanh: là 7 con led xếp với nhau thành một hình, nhằm thể hiện các con số Một chân của các con led được nối với nhau ( Katot chung hoặc Anotchung), các chân còn lại được đưa ra nhằm phân cực các con led

Sau khi tín hiệu đã được xử lý.

Tín hiệu được đưa vào bộ phận hiển thị

Đưa tín hiệu ra của bộ đếm lần lượt vào 4 chân của đèn LED 7 thanh

Tín hiệu sẽ được hiển thị thành số trên đèn

 LM35

LM35 là 1 cảm biến nhiệt độ tương tự,nhiệt độ được xác định bằng cách đo tín hiệu ở ngõ ra của LM35

- Đơn vị nhiệt độ: Độ C

- Nhiệt độ thay đổi tuyến tính: 10mV/độ C

Hình ảnh: Sơ đồ chân và hình dáng bên ngoài

Hình ảnh: Hình dáng LM35 thật

LM35 không cần phải căn chỉnh nhiệt độ khi sử dụng Độc chính xác thực tế

¼ độ C ở nhiệt độ phòng và ¾ độ C ở nhiệt độ ngoài trời LM35 có hiệu năngcao, thay đổi nhiệt độ nhanh và chính xác

Cảm biến LM35 hoạt động bằng cách cho ra 1 giá trị hiệu điện thế nhất định tại chân Vout ứng với mỗi mức nhiệt độ Như vậy bằng cách đưa vào chân bên trái LM35 hiệu điện thế 5V, chân phải nối đất, do hiệu điện thế ở giữa chân bằng các chân được gắn tương ứng trên vi điều khiển sẽ thu được nhiệt

độ hiện tại

+ Đặc điểm chính của LM35

- Điện áp đầu vào từ 4-30V

- Độ phân giải điện áp đàu ra là 10mV/độ C

- Độ chính xác cao ở 25 độ C là 0.5 độ C

- Trở kháng đầu ta thấp 0,1 cho 1mA

Dải nhiệt độ đo được của Lm35 là từ -55độ C-150độ C với các mức điện áp

ra khác nhau

 AND

Ngõ ra Q ở mức cao nếu ngõ vào A "AND" ngõ vào B đều ở mức cao (giống như nhân A với B): Q= A AND B Một cổng AND có thể có hai hoặc nhiều ngõ vào Ngõ ra của nó ở mức cao nếu tất cả các ngõ vào ở mức cao

Cổng NOT (inverter - bộ đảo)

 NOT

Ngõ ra Q ở mức cao khi ngõ vào A là đảo (Not) của mức cao, ngõ ra là đảo (ngược lại ) của ngõ vào : Q = NOT A Cổng NOT chỉ có thể có một ngõ ra Một cổng NOT cũng có thể được gọi là bộ đảo

 LED-BIBY

74LS85

 74LS85

Chân ( A0 A1 A2 A3 ) ; ( B0 B1 B2 B3 ) lầnlượt

Chân A < B(2); A = B (3) ; A > B (4) : các giá

trị của phép toán so sánh trước ( nếu có )

Chân QA<B (7) ; QA=B (6) ; QA>B (5) : Kết

quả của phép so sánh

 Linh kiện: nút ấn

Thông thường ở bãi gửi xe tự động tín hiệu vào/ ra được thu lại nhờ

các thiết bị cảm biến như cảm biến quang, cảm biến vị trí… Các

cảm biến này được lắp đặt ở các cửa vào / ra của bãi gửi xe

Do việc mô tả tín hiệu bằng cảm biến trong Proteus khá khó khăn

nên cảm biến được thay bằng các nút bấm

Hình a

Nút bấm

 Trạng thái mở : Không có tín hiệu ( hình a )

 Trạng thái đóng : có tín hiệu (hình b )Khi có xe vào hoặc ra khỏi bãi cảm biến sẽ nhận biết và phát tín hiệu: tương ứng với việc đóng và mở 2 nút ấn để đưa tín hiệu vào hệ thống

Hình b

2.6 Sơ đồ nguyên lí của mạch

Sơ đồ tổng quát:

- Khâu so sánh

- Mạch cảm biến nhận biết xe ra vào bãi

- Mạch hiển thị số xe trong bãi

- Mạch báo còn chỗ, hết chỗ sử dụng led BIBY

2.7

Thuyết minh nguyên lí mạch hoạt động

 Mạch bãi đỗ xe tự động:

- Các biến logicstate ở hai bộ so sánh 1 và 2 để ta nhập đầu vào ở

dạng nhị phân của số lượng xe tối đa mà bãi có thể chứa đựơc

- Khi bắt đầu khởi động hệ thống, chưa có xe nào trong bãi nên đèn 1 sángbáo hiệu bãi còn trống

- Khi có xe đầu tiên vào, cảm biến vào phát tín hiệu: tương ứng với

nút ấn 1 đóng xuống cấp tín hiệu vào chân clk bộ đếm U24 Làm

tăng biến đếm lên 1, bộ phận hiển thị sẽ hiển thị trên led 7 thanh số 1

- Khi có xe thứ 2 vào.hệ thống hoạt động tương tự và hiẻn thị số 2

- Tương tự với xe ra, cảm biến ra phát tín hiệu: tuơng ứng với nút

ấn 2 đóng.Cấp tín hiệu vào chân CLK bộ đếm U26 làm giảm biến

đếm đi 1 đơn vị

- Khi led 1 đếm đựoc 10 xe thì chân 13 của bộ đếm 1 sẽ phát tín hiệu sang bộ đếm 2 làm tăng biến đếm của bộ2 lên 1 đơn vị

Hoạt động: Khi nhấn nút start, đèn D1 báo còn chỗ Nếu có xe

ở cửa vào, phát hiện bằng CT11, thì động cơ 1 quay thuận mở

Barrie 1, gặp công tắc hành trình 1(CTHT1) báo mở hết thì

động cơ 1 dừng Sau 15s động cơ 1 quay ngược đóng Barrie 1

cho đến khi gặp CT12 thì dừng Với mỗi xe vào hệ thống cộng

thêm 1 xe vào tổng số xe, số xe hiện có trong bãi luôn được

hiển thị bởi đèn LED 7 thanh

Nếu có xe ở cửa ra phát hiện bằng CT21 thì động cơ 2 quay

thuận mở Barrie 2, gặp CTHT2 thì dừng 10s, thời gian 10s

được hiển thị và đếm ngược bằng Led 7 thanh Sau đó quay

ngược Barrie 2 cho đến khi gặp CT22 thì dừng, mỗi xe ra hệ

thống sẽ giảm đi 1 xe trong tổng số xe hiện tại

 Mạch giám sát nhiệt độ

2.8 Mô tả bằng Proteus và chạy thử

CHƯƠNG III: KẾT LUẬN3.1 Các kết quả đạt được

- Qua việc làm bài tập lớn về thiết kế bãi đỗ xe,chúng em đã biết thêm được

một số kiến thức về nguyên lý làm việc của hệ thống bãi đỗ xe tự động thực

tế, cũng như biết được cách sử dụng và chức năng của một số ic, từ đó cũng

đã thiết kế được một mạch đơn giản.

- Có được những kiến thức cần thiết về môn học, có những kiến thức để áp

dụng vào thực tế

3.2 Các hạn chế tồn tại của bản thiết kế và phương hướng khắc phục

- Do kiến thức hạn chế, chưa có nhiều kinh nghiệm trong việc thiết kế các vi

mạch Cùng với số lượng môn học lớn, thời gian tìm hiểu chưa được kĩ càng.

Qua đó dẫn đến bản thiết kế còn có nhiều sai sót Số liệu còn có sai số Việc

sử dụng các linh kiện chưa được hợp lí.

Vì vậy chúng em rất mong nhận được thầy cô giáo góp ý cho em Để từ đó giúp

chúng em rút ra được những kinh nghiệm cho những lần thiết kế sau.

Cảm ơn thầy cô đã xem bài của bọn em