nghiên cứu thiết kế chế tạo mạch đếm người (sản phẩm)

Trang LỜI MỞ ĐẦU Ngày với phát triển ngành khoa học kỹ thuật,kỹ thuật điện tử đóng vai trị quan trọng lĩnh vực khoa học kỹ thuật,quản lý, tự động hóa phải nắm bắt vận dụng cách có hiệu nhằm góp phần vào phát triển khoa học kỹ thuật giới nói chung phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng Chúng em nhhững sinh viên năm thứ trường ĐH SPKT Hưng Yên.Từ điều thấy kiến thức thầy dạy bảo,tìm tịi học hỏi thực tế chúng em muốn làm điều để góp phần giúp người lao động bớt mệt nhọc chân tay mà lại cho phép tăng hiệu suất lao động lên nhiều lần,đồng thời đảm bảo độ xác cao.Nên chúng em định thiết kế mạch đếm sản phẩm gần gũi với thực tế đồng thời lần chúng em thực tập,vận dụng kiến thức học để thiết kế chế tạo sản phẩm đem ứng dụng rộng rãi,đóng góp phần nhỏ cho xã hội Dưới hướng dẫn thầy Trần Xuân Tiến nhóm sinh viên chúng em thực đề tài: nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mạch đếm người (sản phẩm) Trong q trình hồn thành đề tài chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô môn Cơ Điện tử đặc biệt thầy Trần Xuân Tiến giúp đỡ chúng em Do thời gian hoàn thành kiến thức cịn hạn chế nên chắn khơng tránh khỏi thiếu sót chưa hợp lý, chúng em mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn bè để đề tài hoàn thiện Chúng em xin trân thành cảm ơn ! MỤC LỤC ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢNG NHẬN XÉT LỜI MỞ ĐẦU MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH ẢNH TỔNG QUAN VỀ MẠCH ỨNG DỤNG VÀ Ý TƯỞNG THỰC HIỆN 1.1 Tổng quan mạch 1.2 Ý tưởng thực GIỚI THIỆU CÁC LINH KIỆN DÙNG TRONG MẠCH 2.1 Điện trở 2.1.1 Định nghĩa phân loại: 2.1.2 Các thông số điện trở 2.1.3 Phân loại điện trở 2.1.4 Ứng dụng điện trở 10 2.2 Tụ điện 10 2.2.1 Khái niệm, ký hiệu tụ điện: 10 2.2.2 Cấu tạo phân loại tụ điện: 10 2.2.3 Ứng dụng tụ điện: 12 2.3 Máy biến áp 12 2.3.1 Khái niệm: 12 2.3.2 Cấu tạo máy biến áp: 12 2.3.3 Phân loại máy biến áp: 13 2.4 IC7805 13 2.5 IC 74LS192 15 2.6 IC 74LS47 16 2.7 IC 7408 18 2.8 IC 7432 18 2.9 IC 7414 19 2.10 Led 21 2.11 Led thu phát hồng ngoại 21 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH ĐẾM NGƯỜI 22 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI 22 3.2 CHỨC NĂNG CỦA CÁC KHỐI 22 3.2.1 Khối nguồn 22 3.2.2 Khối cảm biến 24 3.2.3 Khối đếm, giải mã 25 3.2.4 Khối hiển thị 26 3.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH ĐẾM 28 KẾT LUẬN 30 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Các hình ảnh minh hoạ Hình Kí hiệu số điện trở Hình 2 Kí hiệu số tụ 10 Hình Cấu tạo máy biến áp 13 Hình Sơ đồ chân IC7805 14 Hình Sơ đồ chân IC 74192 15 Hình Bảng trạng thái IC 74192 15 Hình Các chức IC 74192 16 Hình Các chức IC 7447 17 Hình Bảng trạng thái 17 Hình 10 Sơ đồ chân IC 7408 18 Hình 11 Sơ đồ chân IC 7432 19 Hình 12 Sơ đồ chân IC7414 20 Hình 13 Thơng số kĩ thuật IC 7414 20 Hình 14 Sơ đồ chân LED 21 Hình 15 Hình ảnh thực tế thu phat hồng ngoại 21 Hình Sơ đồ khối 22 Hình Mạch thu phát hồng ngoại 24 Hình 3 Khối đếm giải mã 25 Hình Khối hiển thị 26 Hình Sơ đồ chân LED 27 Hình Sơ đồ ngun lí 28 TỔNG QUAN VỀ MẠCH ỨNG DỤNG VÀ Ý TƯỞNG THỰC HIỆN 1.1 Tổng quan mạch Với yêu cầu đề tài chúng em nghiên cứu,tính toán đưa linh kiện cần dùng mạch là:led thu phát hồng ngoại; mã hố BCD dùng IC74LS192; giải mã BCD sang mã led dùng IC74LS247; led có anot chung để hiển thị; IC lôgic: IC 7408(cổng NAND đầu vào),IC 7432(cổng OR đầu vào) Với linh kiện chúng em dược chấp nhận giáo viên hướng dẫn thiết kế chế tạo thành công mạch “ Mạch đếm số sản phẩm hiển thị led thanh” 1.2 Ý tưởng thực Trong thời đại nay,dưới bùng nổ phát triển công nghệ Đặc biệt ngành công nghệ điện tử kỹ thuật số mạch ứng dụng vào thực tế nhiều Các thiết bị điện tử số dù đơn giản đại đến đâu hướng tới tiện lợi cho người sử dụng Trước yêu cầu đòi hỏi cấp thiết sống Nhóm đồ án chúng em bắt tay vào tìm hiểu thiết kế “mạch đếm số người (sản phẩm) hiển thị led 7thanh” Hiện vùng thành thị nông thôn, bậc cha mẹ , phụ huynh bận bịu mặt công việc thời gian chưa thể đưa đón em đến trường đung thường xuyên Việc dẫn tới nhu cầu xe đưa đón học sinh tận nhà cao, lúc cần thiết Theo quan sát thân em chia sẻ từ bác lái xe đưa đón việc chờ đợi em lên xe điểm danh xem em hs lên đủ xe hay chưa việc tốn nhiều thời gian tài xế Chính vậy, chúng em nảy ý tưởng giúp đỡ bác tài em hs lên xe , xuống xe giúp tiết kiệm thời gian , cho tài xế không bị phân tâm cầm lái Dựa thực tế, xe đưa đón em hs thường xe vừa nhỏ, có số ghế ngồi thường 3W họt động tần số cao + Dây quấn: loại có cơng suất >5W hoạt động tần số thấp - Phân loại theo công suất + Cơng suất nhỏ: kích thước nhỏ + Cơng suất trung bình: kích thước lớn + Cơng suất lớn: kích thước lớn Xác định chất lượng điện trở: - Để xác định chất lượng điện trở, có phương pháp sau: + Quan sát mắt: kiểm tra xem màu sắc than điện trở có chỡ bị đổi màu hay khơng Nếu có giá trị điện trở bị thay đổi làm việc + Dùng đồng hồ vạn kết hợp với số ghi thân điện trở để xác định chất lượng điện trở - Những hư hỏng thường gặp điện trở: + Đứt: Đo không lên + Cháy: Do làm việc công suất chịu đựng + Tăng trị số: Thường xảy điện trở bột than, lâu ngày hoạt tính lớp bột than bị biến chất làm tăng trị số điện trở + Giảm trị số: Thường xảy điện trở dây quấn bị chạm số vòng dây Biến trở (Variable resistor): - Công dụng: dùng để biến đổi (thay đổi giá trị điện trở, qua làm thay đổi điện áp dòng điện biến trở + Biến trở chiết áp: địi hỏi điều chỉnh với độ xác không cao + Biến trở vi chỉnh: để điều chỉnh độ xác mạch điện -biến trở có loại loại than loại dây quấn + Biến trở dạng dây quấn với công suất cao, thường sử dụng trường hợp đòi hỏi khả chịu tải lớn Các biến trở loại màng mỏng ngược lại sử dụng với số lượng lớn Chúng “chiết áp” (potention metter) điều chỉnh tay, không dùng dụng cụ + Đối với biến trở loại than: thực tế có loại A B • Loại A: chỉnh thay đổi chậm sử dụng để thay đổi âm lượng lớn, nhỏ amply, cassette, radio, ti vi… chỉnh độ tương phản (contrass), chỉnh độ sáng (brightness) tivi… biến trở loại A cịn có tên gọi biến trở tuyến tính • Loại B: chỉnh thay đổi đột biến nhanh, sử dụng chỉnh âm sắc trầm, bổng amply, biến trở loại B cịn có tên gọi biến trở phi tuyến hay trở loga - Cách đo biến trở để xá định giá trị cá định loại A,B:  Vặn đồng hồ vạn thang đo ohm (Ω)  Đo cặp chân 1,3 chiếu với giá trị than biến trở  Đo tiếp cặp chân 1, dùng tay vặn thử biến trở xem giá trị hiển thị đồng hồ có thay đổi hay không  Nếu thay đổi chậm: ta xác định VR loại A  Nếu thay đổi nhanh: ta xác định VR loại B Chú ý: - - Nếu kim đồng hồ thay đổi, lại chuyển vị trí ∞ biến trở bị đứt Nếu kim đồng hồ thay đổi, chuyển vị trí ∞, sau lại trở lại vị trí gần biến trở bị bẩn, rỗ mặt than 2.1.4 Ứng dụng của điện trở: Điện trở có mặt khắp nơi mạch điện, điên tử điện trở linh kiện quan trọng thiếu mạch điện điện tử Trong mạch điện, điện trở cịn có tác dụng trở hạn dịng, phân áp…… Ngồi điện trở cịn nhiều ứng dụng khác mạch điện hàng ngày 2.2 Tụ điện 2.2.1 Khái niệm, ký hiệu của tụ điện: - Khái niệm: tụ điện linh kiện điện tử thụ động, dùng để làm phần tử tích trữ giải phóng lượng mạch điện - Ký hiệu tụ điện: C Được xác định biểu thức: C (Xc ) Đơn vị tính: Fara (F) + Kí hiệu tụ mạch điện: Hình 2 Kí hiệu số tụ - Đối với tụ không phân cực, mắc vào mạch điện không cần phải lưu ý đến cực Nhưng tụ phân cực ta phải ý cực dương (+) phải nối vào điểm có điện áp cao hơn, cực âm (-) nối với điểm có điện áp thấp 2.2.2 - Cấu tạo phân loại tụ điện: Về cấu tạo, tụ không phân cực gồm kim loại xen kẽ với làm chất cách điện gọi chất điện môi Tên t ụ đ ợ c đ ặt theo tên chất điện môi tụ giấy, tụ gốm, tụ mica, tụ dầu… 2.7 IC 7408 IC 7408 loại IC cổng AND đầu vào biểu thị cho hàm nhân nghĩa đầu vào mức cao đầu tương ứng mức cao Một hai đầu vào mức thấp đầu tương ứng mức thấp Hình 10 Sơ đồ chân IC 7408 - Chân 1, đầu vào, chân đầu tương ứng cổng thứ - Chân 4, đầu vào, chân đầu tương ứng cổng thứ hai - Chân 9, 10 đầu vào, chân đầu tương ứng cổng thứ ba - Chân 12, 13 đầu vào, chân 11 đầu tương ứng cổng thứ tư - Chân nối mass chân 14 lên dương nguồn 2.8 IC 7432 Có hai tín hiệu đầu vào tín hiệu đầu (Y = A+ B) a Hình vẽ b Nguyên lý hoạt động: Nếu hai đầu vào A B mức lúc diode phân cực thuận dòng điện qua diode đầu A B mức (5V) Dịng điện khơng xuống GND điện trở có trở kháng lớn.Nếu Đầu A mức B mức D1 phân cực thuận D2 phân cực nghịch Khi có dịng chạy qua D1 mà khơng qua D2 nên A+B mức Còn A mức B mức lúc có dịng điện chạy qua D2 mà ko có dịng chạy qua D1 nên A + B mức Trong trường hợp cuối A B mức đầu A+ B mức diode phân cực nghịch khơng cho dịng chạy qua diode nên A+ B khơng có dịng điện c Sơ đồ chân Hình 11 Sơ đồ chân IC 7432 d Bảng trạng thái Input A L L H H B L H L H Output Y L H H H H = HIGH Logic Level L = LOW Logic Leve 2.9 IC 7414 Cấu tạo bên ic số 74HC14 có cổng logic NOT, mỡi cổng có ngõ vào ngõ IC 74HC14 sản xuất theo công nghệ Cmos, mạch tích hợp xây dựng từ Mosfet số điện trở phụ trợ IC hoạt động tốt điện áp 5V Các hoạt động IC đơn giản để hiểu hiểu hoạt động cổng NOT Hoạt động cổng NOT thể bảng trạng thái bên dưới: Hình 12 Sơ đồ chân IC7414 Thơng số kĩ thuật IC 7414: Hình 13 Thông số kĩ thuật IC 7414 2.10 Led Hình 14 Sơ đồ chân LED 2.11 Led thu phát hồng ngoại Đây loại cảm biến sử dụng ánh sáng hồng ngoại ánh sáng khơng nhìn thấy.Nguồn sáng tạo từ LED phát ánh sáng hồng ngoại gọi phát.Bộ thu photodiode phtotransistor Cảm biến quang có dạng hoạt động là: + Tối hoạt động: dạng hoạt động cảm biến mà tải cấp điện ánh sáng từ phát không đến thu cảm biến + Sáng hoạt động : dạng hoạt động cảm biến mà tải cấp điện ánh sáng từ phát truyền đến thu cảm biến Hình 15 Hình ảnh thực tế thu phat hồng ngoại THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH ĐẾM NGƯỜI 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI  Cấu trúc sơ đồ khối Hình Sơ đồ khối 3.2 CHỨC NĂNG CỦA CÁC KHỐI 3.2.1Khôi nguồn Tạo nguồn chiều 5V cung cấp cho đếm Hình 3.1 Mạch nguồn  Ngun lí hoạt động: Sau dùng máy biến áp ta nguồn điện 9VAC Sau ta cho nguồn điện qua cầu chỉnh lưu Lúc nguồn điện chuyển từ tín hiệu xoay chiêu thành tín hiệu chiều Tiếp theo ta cho nguồn điện qua tụ điện 1000uf để lọc phẳng tần số Cuối ta cho nguồn điện qua IC 7805 trở thành nguồn điện 5VDC Khi ổn áp xong lọc nhiễu san phẳng lại lần nhờ tụ để dịng điện có tính phẳng ổn định cấp nguồn cho mạch điện, đồng thời qua trở đến đèn để báo có nguồn vào Tính chọn linh kiện có mạch a Tính, chọn tụ Điện áp chịu đựng tụ C3 phải lớn hơn giá trị đỉnh điện áp xoay chiều đầu vào ta có: ��� � ≥ � × √� = ��, � (V) =>Vậy theo điều kiện ta chọn tụ �� với thơng số 25V 1000�� tụ �� có chức tương tự nên ta chọn giống để đảm bảo nguồn điện luôn phẳng Với tụ ���� ta chọn sử dụng loại tụ gốm 104 để lọc nhiễu b Tính chọn điện trở Dựa vào công thức: R = (���−����) ���� - Led hoạt động mức 1.8V đến 3V dòng từ 10 đến 20 mA Nếu muốn led hoạt động bình thường nguồn 5V thì: - Gía trị điện trở nhỏ nhất: - Gía trị lớn nhất: �−�,� �,�� �−� �,�� = ��� (�) = ��� (�) - Do ta chọn điện trở khoảng 100 Ω đến 320 Ω mạch em chọn điện trở 220 Ω Ta chọn trở tương tự cho LED lại mạch LED anode chung 3.2.2 Khơi cảm biến Mạch thu, phát tín hiệu hồng ngoại: Hình Mạch thu phát hồng ngoại - - - -  Nguyên lí hoạt động: LED phát hồng ngoại ,khi có dịng điện chạy qua phát tín hiệu hồng ngoại cách liên tục ngồi khơng gian theo hướng xác định.Ở mạch đếm ta chỉnh cho tín hiệu hồng ngoại phát từ LED phát thẳng trực tiếp đến LED thu tín hiệu mạch thu hồng ngoại LED thu hồng ngoại cho dòng điện qua nhận tín hiệu hồng ngoại từ led phát,vì ta phải chỉnh cho LED thu hướng tín hiệu từ Bình thường khơng có người qua LED thu nhận tín hiệu cách liên tục,LED thu dẫn dòng vào đầu vào (mức cao) cổng logic NOT IC 7414 đầu mức thấp Khi có người qua chắn tín hiệu hồng ngoại từ LED phát tới LED thu LED thu khơng nhận tín hiệu hồng ngoại làm điện trở tăng lên ,khi làm điện áp qua giảm xuống Điện áp đầu vào (mức thấp) cổng logic NOT IC7414 đầu mức cao - Cứ mỡi lần có người qua làm tín hiệu đầu IC 7414 từ thấp lên cao dạng xung để cung cấp cho khối đếm giải mã 3.2.3 Khơi đếm, giải mã Hình 3 Khối đếm giải mã Bao gồm IC74LS192 ; IC 74LS47 IC74LS192 IC đếm mã nhị phân chia 10 mã hóa BCD Xung lấy từ khối tạo tín hiệu,tạo xung đưa vào chân IC 74192 đếm hàng đơn vị Cứ mỗi xung vào IC đếm hàng đơn vị đếm tăng lên Khi IC đếm hàng đơn vị đếm đến 9(Q=1) tự động trở 0,đồng thời chân số 12 IC đếm hàng đơn vị nối vào chân cua IC đếm hàng chục nên IC đếm hàng đơn vị đếm người trở IC đếm hàng chục nhảy lên Người qua tiếp tục tạo xung,bộ đếm tiếp tục đếm IC đếm hàng đơn vị đếm đến trở lần thứ hai thi IC đếm hàng chục đếm đến IC74LS47 dùng để giải mã BCD sang mã LED 3.2.4 Khôi hiển thị Chúng ta sử dụng led Anode chung để hiển thị giá trị đếm Đây led Anode chung nên chân Anode chung (chân8 )sẽ nối lên dương nguồn Hình Khối hiển thị  Nguyên lí hoạt động Loại anode chung (CAD) – Trong loại anode chung, tất chân cực dương đèn LED kết nối với mức logic “1” đoạn LED riêng lẻ sáng cách kết nối chân Cathode riêng lẻ với tín hiệu “LOW”, mức logic “0” Vì sau IC 74247 nhận mã BCD từ IC đếm IC 72247 bắt đầu giải mã đưa tín hiệu đầu mức thấp sang LED để hiển thị.Ví dụ muốn led hiển thị số chân a,b,c,d,e,f,g,dp tương ứng với mức điện áp(mức logic) la:00001101.Sau bảng chân lý thể mức logic chân tương ứng với chữ số mà led hiển thị: Hình Sơ đồ chân LED (Ở chân dp đươc nối lên dương nguồn ,vì hiển thị số ngun nên khơng cho hiển thị dp) 3.3 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH ĐẾM  Sơ đồ nguyên lý Hình Sơ đồ nguyên lí  Nguyên lý hoạt động: Khi cấp nguồn chiều 5V có trường hợp xảy có tín hiệu (xung) qua khơng có xung qua + Khi khơng có tín hiệu qua Bình thường khơng có người qua LED thu nhận tín hiệu hồng ngoại cách liên tục,LED thu dẫn dịng.Tín hiệu vào IC7414 mức cao mức thấp Tín hiệu xung vào IC74192 lúc xung mức thấp khơng có thay đổi nên IC74192 khơng đếm, khơng có tín hiệu cho IC74247 nên số hiển thị led không đổi + Khi có tín hiệu qua Khi có người qua chắn tín hiệu hồng ngoại từ LED phát tới LED thu LED thu khơng nhận tín hiệu hồng ngoại làm điện trở tăng lên ,khi làm điện áp qua giảm xuống Tín hiệu vào IC7414 mức thấp mức cao Tín hiệu này cấp vào chân IC 74192 hàng đơn vị.Do có thay đổi xung tín hiệu nên IC74192 tăng đơn vị,và có mã BCD cho IC74247 dịch.Khi giải mã xong tín hiệu hiển thị led tăng đơn vị giữ nguyên trạng thái có xung vào nhảy trạng thái Cứ đến trạng thái thứ 24 dừng đếm -Để mạch đếm đến 24 dừng lại lấy chân có mức logic cao số 24 (0010 0100) vào đầu vào IC7408 đầu đưa vào đầu vào IC 7432 để kết hợp với xung đầu vào cịn lại cổng logic IC7432 cổng OR nên hai đầu vào mức cao đầu mức cao ,lúc khơng có thay đổi nên khơng có xung cung cấp cho chân nên IC ngừng đếm -Nút reset nối vào chân PL để ấn nút có tín hiệu mức thấp vào kết hợp với MR nối âm từ trước nên mạch reset 00 KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu đề tài : “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mạch đếm người” với giúp đỡ nhiệt tình giáo viên hướng dẫn Trần Xuân Tiến, thầy cô giáo khoa Cơ Khí ( Bộ Mơn Cơ Điện Tử) bạn lớp, chúng em hoàn thành đồ án thời hạn Cuốn thuyết minh đồ án môn học giúp bạn phần hiểu rõ ứng dụng Kỹ Thuật Điện Tử (KTDT) sống, qua ta nắm vững kiến thức KTDT hiểu rõ IC đếm, giải mã linh kiện bán dẫn Từ ta tìm phương án thích hợp để thiết kế hệ thống tối ưu Sau ưu, nhược điểm sản phẩm mà trình hồn thành chúng em nhìn nhận ra: - Ưu điểm: + Mạch nhỏ gọn + Linh kiện dễ tìm kiếm + Dễ dàng sửa chữa, thay -Nhược điểm: + Linh kiện rẻ nên chưa bền, dễ hỏng hóc + Chưa tối ưu tốt thời gian thiết kế, chế tạo mạnh ngắn + Một số phần tính chọn linh kiện cịn chưa hợp lí + Có thể thay phần led thu phát cảm biến + Thiếu phần lắp đặt áp dụng vào thực tế Em biết, từ việc nghĩ , thiết kế,chế tạo đến áp dụng vào thực tiễn xa nhiều khó khăn, thử thách Vì vậy, nhóm em cố gắng để hoàn thiện sản phẩm phát huy ưu điểm, khắc phục nhược điểm nhằm làm cho sản phẩm hoàn chỉnh Hi vọng thời gian không xa nữa, sản phẩm chúng em bước sống thực tiễn nhằm giúp đỡ , nâng cao hiệu làm việc cho bác tài xế người Qua trình làm chúng em nhận thấy cịn q nhiều hạn chế kiến thức, thuyết trình chắn khơng tránh khỏi sai sót Vì chúng em mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn, từ chúng em rút kinh nghiệm cho thân để chúng em tìm nhược điểm Qua chúng em hồn thành tốt cơng việc Chúng em xin chân thành cảm ơn ! ... để thiết kế chế tạo sản phẩm đem ứng dụng rộng rãi,đóng góp phần nhỏ cho xã hội Dưới hướng dẫn thầy Trần Xuân Tiến nhóm sinh viên chúng em thực đề tài: nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mạch đếm người. .. IC đếm hàng chục nên IC đếm hàng đơn vị đếm người trở IC đếm hàng chục nhảy lên Người qua tiếp tục tạo xung,bộ đếm tiếp tục đếm IC đếm hàng đơn vị đếm đến trở lần thứ hai thi IC đếm hàng chục đếm. .. hồng ngoại THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH ĐẾM NGƯỜI 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI  Cấu trúc sơ đồ khối Hình Sơ đồ khối 3.2 CHỨC NĂNG CỦA CÁC KHỐI 3.2.1Khôi nguồn Tạo nguồn chiều 5V cung cấp cho đếm Hình 3.1 Mạch nguồn