Mô phỏng bộ điều khiển tự động cửa cuốn từ xa sử dụng phần mềm proteus

` LỜI NĨI ĐẦU Cơng cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước diễn theo phát triển không ngừng khoa học công nghệ Cùng với xu hướng phát triển khoa học công nghệ, lĩnh vực Điện-Điện tử, trình thiết kế với hỗ trợ máy tính phần mềm chuyên dùng triển khai áp dụng rộng rãi Việt Nam.Với giúp sức phần mềm ta mơ trước để kiểm tra mạch thiết kế hoàn chỉnh in việc lắp đặt Việc mơ trước giúp tiết kiệm nhiều cần mô trước mạch không giống trước muốn kiểm tra mạch có hoạt động hay không ta phải in lắp đặt thử Việc mô trước mạch thiết kế giúp cho kỹ sư tiết kiệm nhiều thời gian, công sức tiền bạc Trong nhiều phần mềm thiết kế mô mạch, emlựa chọn phần mềm Proteus với ưu điểm dễ sử dụng, thư viện đa dạng nhiều dạng mô khả phân tích mạch đơn giản Xuất phát từ lý em lựa chọn thực đề tài “Mô điều khiển tự động cửa từ xa sử dụng phần mềm Proteus” Nội dung khóa luận bao gồm chương: Chương 1: Cơ sở lý thuyết Chương 2: Thiết kế điều khiển cửa tự động Chương 3: Mô điều khiển cửa tự động Trong q trình làm khóa luận trình độ hiểu biết em cịn hạn chế thời gian thực ngắn nên nội dung khóa luận khơng tránh khỏi sai sót Vì em mong có hướng dẫn đóng góp ý kiến thầy cô bạn để đề tài khóa luận em hồn thiện Nhân em xin cảm ơn Thầy Lê Minh Đức, người trực tiếp hướng dẫn tận tình giúp đỡ bảo cho em suốt trình thực khóa luận.Nhân em xin cảm ơn tất thầy cô dạy dỗ suốt năm học trường, nhờ em có kiến thức ngày hôm Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2018 Sinh viên thực đề tài Hồ Đức Long NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn) GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Chữ ký, họ tên) NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện) GIẢNG VIÊNPHẢN BIỆN (Chữ ký, họ tên) MỤC LỤC PHẦN 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU PHẦN 2: NỘI DUNG KHÓA LUẬN CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Phân loại 1.2 Các phương pháp điều khiển tự động cửa 1.2.1 Phương pháp dùng rơle - công tắc tơ 1.2.2Phương pháp dùng PLC (Programmable Logic Controller) 1.2.3Phương pháp dùng vi điều khiển 1.3Phần mềm mô mạch điện tử Proteus 11 1.3.1 Tổng quan phần mềm Proteus 11 1.3.2 Sử dụng phần mềm 11 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CỬA CUỐN TỰ ĐỘNG 20 2.1 Thiết lập sơ đồ khối 20 2.2 Thuật toán điều khiển 21 2.3 Sơ đồ điện 22 2.4 Các linh kiện khác 22 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG BỘ ĐIỀU KHIỂN CỬA CUỐN TỰ ĐỘNG 25 3.1 Xây dựng sơ đồ nguyên lý 25 3.2 Tiến hành mô 30 3.3 Kết chạy mô 31 KẾT LUẬN 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cửa Hình 1.2 Cửa điều khiển tay Hình 1.3 Cửa suốt Hình 1.4 Cửa liền Hình 1.5 Cửa khe thoáng .6 Hình 1.6 Sơ đồ khối cửa tự động dùng rơle - công tắc tơ .7 Hình 1.7 Sơ đồ khối cửa tự động dùng PLC Hình 1.8 Sơ đồ khối cửa tự động dùng vi điều khiển 10 Hình 1.9 Giao diện Proteus 11 Hình 1.10 Cửa sổ new project 12 Hình 1.11 Cửa sổ làm việc Proteus 12 Hình 1.12 Cửa sổ thư viện tìm kiếm linh kiện .13 Hình 1.13 Tìm tụ điện từ thư viện linh kiện 13 Hình 1.14 Chọn linh kiện .14 Hình 1.15 Lấy linh kiện .14 Hình 1.16 Nối linh kiện 15 Hình 1.17 Bảng chỉnh sửa thơng số cho tụ điện 15 Hình 1.18 Chọn LED từ thư viện linh kiện 16 Hình 1.19 Các linh kiện cần dùng để tạo mạch 16 Hình 1.20 Đi dây nối linh kiện tạo thành mạch .17 Hình 1.21 Bảng điều chỉnh thông số xung đầu vào .17 Hình 1.22 Cơng tắc chạy mơ 18 Hình 1.23 Đèn LED sáng .18 Hình 1.24 Đèn LED sáng tiếp nối .19 Hình 2.1 Sơ đồ khối điều khiển cửa .20 Hình 2.2 Sơ đồ khối tay điều khiển từ xa cửa .21 Hình 2.3 Thuật tốn điều khiển tay điều khiển từ xa cửa .21 Hình 2.4 Sơ đồ điện .22 Hình 2.5 Relay .23 Hình 2.6 Motor cửa .23 Hình 3.1 Các linh kiện sử dụng để vẽ mạch 25 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch phát sử dụng PT2262 .26 Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý mạch thu sử dụng PT2272 27 Hình 3.4 Datasheet module RF PT2262 PT2272 .28 Hình 3.5 Module RF PT2262 PT2272 30 Hình 3.6 Sơ đồ nguyên lý 30 Hình 3.7 Kết mơ 31 GVHD: ThS Lê Minh Đức SVTH: Hồ Đức Long PHẦN 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Tình hình nghiên cứu ngồi nước Cửa loại cửa sử dụng thông dụng thay nhiều cho loại cửa đẩy tay thông thường Cửa xuất từ cuối kỉ 20 mà người phát minh loại cửa lúc có cửa kéo tay Cho đến đầu kỉ 21 mà người biết thêm motor vào thiết bị điều khiển khác cửa tự động bắt đầu đời từ tiếp tục sử dụng rộng rãi tận ngày Hiện sản phẩm cửa chủ yếu sử dụng hộ gia đình hộ kinh doanh, loại to hay sử dụng cho cơng ty, nhà máy xí nghiệp nên có nhiều công ty sản xuất lắp ráp loại cửa Trên giới Việt Nam có nhiều phương pháp điều khiển, sử dụng cửa đơn cử nhiều phương pháp sử dụng vi điều khiển PLC ngồi cịn có phương pháp sử dụng rơ le - cơng tắc tơ loại cổ điển phương pháp mở cửa tay loại nơi cịn sử dụng Tình hình nghiên cứu nước Ở Việt Nam có nhiều công ty sản xuất lắp đặt tất loại cửa Không riêng cửa đến Remote điều khiển từ xa sản xuất lắp đặt Việt Nam bày bán nhiều Ở Viện Nam có nhiều phần mềm dùng để mơ mạch đại diện Matlab, Psim, Altiu, Orcad, Allegro, Proteus để chun mơ Proteus phần mềm sử dụng nhiều đơn giản việc sử dụng phần mềm mạnh mô mạch Vậy nên em định sử dụng phần mềm Proteus để dùng vào việc mô mạch điều khiển cửa Nội dung nghiên cứu - Tìm hiểunguyên lý hoạt động cửa - Tìm hiểu nguyên lý hoạt động điều khiển cửa - Mô hoạt động điều khiển cửa Đối tượng nghiên cứu Cửa dùng gia đình gara để xe gia đình GVHD: ThS Lê Minh Đức SVTH: Hồ Đức Long Phương pháp nghiên cứu - Phân tích tổng hợp lý thuyết - Thực nghiệm khoa học - Mô GVHD: ThS Lê Minh Đức SVTH: Hồ Đức Long PHẦN 2: NỘI DUNG KHÓA LUẬN CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan 1.1.1 Khái niệm Hình 1.1 Cửa Cửa loại cửa gồm nhiều nan song song nối vào Cửa thường sử dụng lắp đặt cửa cửa sổ Cửa cấu tạo thành phần sau: nan cửa cuốn; mơ tơ cửa (hay gọi động cửa cuốn); điều khiển cửa cuốn; lưu điện cửa số phụ kiện khác: mặt bích, bát nhựa, ray, trục Nan cửa phụ kiện cửa cấu thành nên hình dáng bên ngồi cửa Mô tơ cửa cuốn: Là phận chuyển động cửa Mơ tơ có khả quay theo hai chiều, giúp cửa cuốn lên mở cửa tời xuống đóng cửa Bộ điều khiển cửa cuốn: Có chức điều khiển cửa cuốn, thơng qua thiết bị gọi tay điều khiển cửa Tay điều khiển cửa thiết bị khơng dây, điều khiển từ xa.Có tác dụng điều khiển cửa lên xuống xuống lên GVHD: ThS Lê Minh Đức SVTH: Hồ Đức Long Lưu điện cửa cuốn: Là phận có vai trị tích trữ điện ắc quy Lưu điện cửa cung cấp điện cho cửa vận hành điện Cửa ứng dụng phổ biến thường sử dụng công ty, nhà máy, cửa hàng, gara hộ gia đình 1.1.2 Phân loại Cửa chia làm loại chính: a) Cửa điều khiển tay Hình 1.2 Cửa điều khiển tay Hầu hết loại cửa cửa lưới song ngang mắc võng Các loại cửa truyền thống sản xuất kim loại sắt hợp kim, inox, số nhôm…Người sử dụng phải kéo tay muốn đóng/mở cửa loại này, nên khơng tránh khỏi phiền toái cửa bị kẹt tượng “nóng nở nhiệt” Bên cạnh âm phát kéo cửa ồn Đây loại khơng có điều khiển tự động mà dùng tay để điều khiển b) Cửa tự động Đây loại cửa sử dụng rộng rãi Đó cửa kéo mở motor, điều khiển từ xa chốt cửa an tồn Ngồi ra, cửa có nhiều màu sắc đặt làm theo yêu cầu nhà Thị trường cửa tự động có nhiều loại: GVHD: ThS Lê Minh Đức SVTH: Hồ Đức Long CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CỬA CUỐN TỰ ĐỘNG 2.1 Thiết lập sơ đồ khối Hình 2.1 Sơ đồ khối điều khiển cửa - MP: MicroProcesser - Bộ vi xử lý Bộ vi xử lý (microprocessor) máy tính nhỏ CPU (đơn vị xử lý trung tâm) sử dụng để tính tốn, thực phép tốn logic, kiểm sốt hệ thống lưu trữ liệu vv Vi xử lý xử lý liệu đầu vào/đầu (input/output) thiết bị ngoại vi đưa kết trở lại để chúng hoạt động - Nguồn điện: nguồn cung cấp loại 12V Từ nguồn điện tiêu thụ 220V qua máy biến áp chuyển từ dòng 220V xuống 12V vi xử lý khơng thể nhận trực tiếp điện áp 220V - Hộp nút: Các nút nhấn gắn cửa làm nhiệm vụ điều khiển tay việc đóng/mở cửa - Động đảo chiều: đảo chiều motor cửa lên (hoặc xuống) bấm cửa chạy xuống (hoặc lên) lại động đảo chiều tác động vào motor đểmotor quay ngược lại so với lệnh ban đầu đưa - Phanh: Là cụm relay với chiều xuống chiều lên tác động đến motor khi có lệnh dừng cửa - Cơng tắc hành trình: Có cơng dụng để ngắt điện cửa lên đến điểm chết điểm chết sau cửa tự động dừng lại - Đèn báo: Báo hiệu trạng thái ON / OFF 20 GVHD: ThS Lê Minh Đức SVTH: Hồ Đức Long - Remote: Tay điều khiển từ xa điều khiển cửa Hình 2.2 Sơ đồ khối tay điều khiển từ xa cửa 2.2 Thuật tốn điều khiển Hình 2.3 Thuật tốn điều khiển tay điều khiển từ xa cửa Nút nhấn lắp Remote để đưa tín hiệu điều khiển theo hướng mà người dùng muốn Sau nhấn nút từ remote (up, stop, down) tín hiệu qua vi điều khiển từ vi điều khiển phân loại tín hiệu từ chuyển tín hiệu cho motor Motor hoạt động tác động trực tiếp lên đai xích lắp ráp nối với nan cửa để điều khiển cửa 21 GVHD: ThS Lê Minh Đức SVTH: Hồ Đức Long 2.3 Sơ đồ điện Hình 2.4 Sơ đồ điện Thành phần điều khiển vi điều khiển thiết kế lập trình nạp ghi vào nhớ vi điều khiển thực lệnh vi điều khiển kiểm tra khống chế thiết bị bên (động cơ, cảm biến, công tắc, ) kiểm tra xong thiết bị vi điều khiển thực theo lệnh lập trình đưa định điều khiển Vi điều khiển nhận tín hiệu điều khiển từ thiết bi đầu vào như: remote điều khiển cửa hay tín hiệu đưa vào từ nút nhấn cửa Tín hiệu đầu vi điều khiển đóng vai trò lệnh điều khiển đối tượng điều khiển Đối tượng điều khiển động truyền động cho cửa 2.4 Các linh kiện khác a) Relay 22 GVHD: ThS Lê Minh Đức SVTH: Hồ Đức Long Relay (rơ le) loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu thay đổi nhảy cấp tín hiệu đầu vào đạt giá trị xác định Relay thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ điều khiển làm việc mạch điện động lực Hình 2.5 Relay b) Motor cửa Hình 2.6 Motor cửa Gồm thành phần chính: + Phần động Bộ phận động gồm stator rotor.Stato gồm cuộn dây quấn lõi sắt bố trí vành tròn để tạo từ trường quay.Rotor phận hình trụ có tác dụng cuộn dây quấn lõi thép 23 GVHD: ThS Lê Minh Đức SVTH: Hồ Đức Long + Bộ phận phanh Cụm phanh phận với thành phần quan trọng hai rơ le đóng mở.Một rơ le cho chiều xuống rơ le cho chiều lên + Bộ phận điều khiển – relay Khi nhận yêu cầu từ tay điều khiển, hộp nhận gửi tín hiệu đến đến phận điều khiển motor, tùy vào lệnh mà relay đóng – mở phù hợp Tiếp cửa hoạt động đến vị trí định, relay hành trình ngắt để khơng cho motor chạy + Bộ phận truyền động Nhiệm vụ quan trọng motor truyền động, tác động đến lơ để đóng – mở cửa Bộ phận truyền động lực đến mặt bích từ quay xích kéo giúp lơ hoạt động 24 GVHD: ThS Lê Minh Đức SVTH: Hồ Đức Long CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG BỘ ĐIỀU KHIỂN CỬA CUỐN TỰ ĐỘNG 3.1 Xây dựng sơ đồ nguyên lý Xây dựng sơ đồ nguyên lý điều khiển cửa xây dựng bộthu phát RF sử dụng modul có tần số Ở nội dung khóa luận em sử dụng module PT2262 PT2272 cặp module mã hóa chuyên sử dụng cho việc xây dựng thu phát RF cặp module phổ biến Việt Nam Lập sơ đồ nguyên lý thu phát - Các linh kiện sử dụng mạch mơ Hình 3.1 Các linh kiện sử dụng để vẽ mạch 25 GVHD: ThS Lê Minh Đức SVTH: Hồ Đức Long Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý mạch phát sử dụng PT2262  Bộ phát: - Sử dụng chip PT2262 - Điện áp cấp 3-12V (cấp cao truyền xa) - Dòng tiêu thụ 3-45mA - Công suất truyền 32mW - Tần số tín hiệu: 315MHz - Bộ tạo dao động 4,7MHz - Mã hóa bit - Khoảng cách phát 30-50m (khơng vật cản) 26 GVHD: ThS Lê Minh Đức SVTH: Hồ Đức Long Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý mạch thu sử dụng PT2272  Bộ thu: - Sử dụng chip PT2272 - Điện áp sử dụng: 5V - Bộ dao động 820K - Tần số thu 433MHz - Dòng điện tiêu thụ2,5mA - Anten dài: 23cm - Tầm thu: 50-100m - Chân VT (Valid Transmission) chân báo tín hiệu nhận liệu (ở trạng thái chờ đầu 0, có tín hiệu lên trở khơng cịn tín hiệu) - Tín hiệu VT, D3, D2, D1, D0, +5V, GND - Khi chưa có tín hiệu chân đầu mức 0, có tín hiệu chân lên 27 GVHD: ThS Lê Minh Đức SVTH: Hồ Đức Long Hình 3.4 Datasheet module RF PT2262 PT2272 PT2262 có loại chính: loại có địa mã hóa địa liệu loại có địa mã hóa địa liệu Mã hóa 12 bit khung A0 >A7, D0 >D3 Các linh kiện PT2262 đưa vào việt Nam có loại PT2262 với địa mã hóa địa liệu Tương tự với PT2262 có kiểu PT2272 có kiểu: PT2272 có địa giải mã liệu đầu thường kí hiệu: T2272 - L4 PT2272 có địa giải mã giữ liệu ra: kí hiệu PT2272 - L6 Loại L4 thông dụng việt nam có loại L6 PT2262 có "3 mũ 12" mã hóa tức mã hóa 531441 mã trùng lặp lại Cách mã hóa PT2262 làm cách nối ngắn mạch chân "mã hóa địa chỉ" lên dương nguồn (mã hóa +) xuống âm nguồn (mã hóa -) bỏ trống (mã hóa 0) Dữ liệu + mã hóa truyền khung 12 bit gồm bit đầu mã hóa (A0 >A7) liệu Bởi truyền song song bit liệu Nếu để truyền liệu nên để mặc định cho chân liệu là cách nối thêm điện trở kéo lên(hoặc đưa xuống) GND để tránh nhiễu 28 GVHD: ThS Lê Minh Đức SVTH: Hồ Đức Long PT2262 dùng dao động ngoài: đơn giản cần lắp thêm điện trở dao động vào chân 15 chân 16 PT2262 Tín hiệu encoder đưa chân 17 PT2262, chân thường mức tín hiệu nghỉ mức tín hiệu hoạt động Tín hiệu đưa gồm: sóng mang dao động < 700KHz + địa mã hóa + liệu Tần số sóng mang dao động định R chân 15 16 tính bằng: f = R/12 Ví dụ: mắc điện trở 470k vào chân 15 16 đầu chân 17 có 470/12 = khoảng 39KHz PT2262 có điện áp rộng: Có thể làm việc từ 2,5V đến 15V PT2272 giải mã PT2262 có địa giải mã tương ứng + liệu + chân báo hiệu mã VT (chân 17) Cách giải mã sau: Chân 15 16 cần điện trở để làm dao động giải mã Trong dải hồng ngoại 100KHz dùng R lớn khơng dùng Nhưng từ khoảng 100KHz dao động trở lên, bắt buộc phải dùng R để tạo dao động cho PT2272 Giải mã: chân mã hóa PT2262 (chân đến chân 8) nối chân giải mã PT2272 phải nối tương tự Chân nối dương, chân nối âm, chân bỏ trống v.v chân (1 đến 8)của PT2272 làm thế.Khi truyền mã giải mã chân 17 PT2272 có điện áp cao đưa ra, báo hiệu mã hóa.4 chân liệu truyền song song, nối tiếp độc lập 29 GVHD: ThS Lê Minh Đức SVTH: Hồ Đức Long Ảnh thực tế module Hình 3.5 Module RF PT2262 PT2272 3.2 Tiến hành mô Sơ đồ ngun lý hồn chỉnh Hình 3.6 Sơ đồ ngun lý Đây sơ đồ nguyên lý điều khiển cửa Nhấn nút truyền tín hiệu từ modul PT2262 sang modul PT2272 từ chuyển tín hiệu cho motor 30 GVHD: ThS Lê Minh Đức SVTH: Hồ Đức Long 3.3 Kết chạy mơ Hình 3.7 Kết mô Motor chạy hoạt động theo nút nhấn sử dụng Run - Up : motor chạy Down : motor quay ngược lại Stop : motor dừng lại 31 GVHD: ThS Lê Minh Đức SVTH: Hồ Đức Long KẾT LUẬN Thơng qua q trình thực hiện, đề tài khóa luận thực việc thiết kế mô mạch điều khiển cho cửa tự động sử dụng phần mềm Proteus Hạn chế Mạch sử dụng cho remote cửa mơ hình, mơ Chưa phát huy hết khía cạnh ứng dụng Hướng phát triển đề tài Vì mạch sử dụng vi điều khiển nên tương lai phát triển thêm nhiều tính phát âm báo hiệu hoạt động, có cảnh báo có người cạy cửa Ngồi phát triển thêm nhiều tính khác cho remote cảm biến giọng nói dùng giọng nói để mở cửa kết nối với điện thoại để lần ngồi khơng cần phải mang thứ lần, cần mang điện thoại 32 GVHD: ThS Lê Minh Đức SVTH: Hồ Đức Long 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình Vi xử lýs, Trường ĐH CƠNG NGHIỆP TP HCM Giáo trình Kỹ thuật mạch điện tử, NXB Giáo dục Nguyễn Hữu Phương(1995),Giáo trình mạch số http://www.alldatasheet.com https://machdienhay.wordpress.com https://tailieu.vn ... Long - Remote: Tay điều khiển từ xa điều khiển cửa Hình 2.2 Sơ đồ khối tay điều khiển từ xa cửa 2.2 Thuật toán điều khiển Hình 2.3 Thuật tốn điều khiển tay điều khiển từ xa cửa Nút nhấn lắp Remote... Proteus để chun mơ Proteus phần mềm sử dụng nhiều đơn giản việc sử dụng phần mềm mạnh mô mạch Vậy nên em định sử dụng phần mềm Proteus để dùng vào việc mô mạch điều khiển cửa Nội dung nghiên... khiển cửa cuốn: Có chức điều khiển cửa cuốn, thông qua thiết bị gọi tay điều khiển cửa Tay điều khiển cửa thiết bị không dây, điều khiển từ xa. Có tác dụng điều khiển cửa lên xuống xuống lên GVHD: