Mạch đếm sản phẩm dùng hồng ngoại

Mạch đếm sản phẩm dùng hồng ngoại

BỘ CÔNG NGHIỆP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHTRUNG T ÂM TNTH ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN 1

ĐỀ TÀI :

Họ tên :LÊ ANH HOÀNGMSSV:0510947

Lớp : CĐĐT7A2Khoa : ĐIỆN TỬ

Khĩa : 2005 - 2008

MINH

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NĂM 2007NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM ĐIỂM

1 PHẦN MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay là thời đại khoa học kỹ thuật phát triển, các nhà máy xí nghiệp sản xuất sản phẩm của mình trên các băng chuyền hiện đại, sản phẩm xuất ra rất nhanh và nhiều vì vậy việc đếm xem có bao nhiêu sản phẩm đã hoàn tất xuất ra từ băng chuyền cuối cùng thì người công nhân khó có thể thực hiện chính xác được Vì vậy mạch đếm sản phẩm sẽ giúp ta kiểm soát được sản lượng cho ra tại mỗi băng chuyền.

Mục đích của mạch đếm sản phẩm là giúp cho nhà máy đếm được số lượng sản phẩm của máy tạo ra một cách đơn giản, chính xác mà không tốn nhiều công sức lao động của công nhân.

Yêu cầu của mạch đếm sản phẩm là phải chạy một cách chính xác, ổn định, gọn nhẹ dễ lắp đặt dễ sửa chửa và rẻ tiền.

Dựa trên phương pháp nghiên cứu và phân tích đặc tính chức năng của các linh kiện, các IC và áp dụng những kiến thức đã học cùng với sự hướng dẫn của giảng viên phụ trách để xây dựng nên một mạch chức năng đếm sản phẩm hoạt động tốt và đúng với yêu cầu của đề tài

Mạch đếm sản phẩm là đề tài thuộc đồ án tốt nghiệp 1, nghiên cứu và thực hiện đồ án tốt nghiệp 1 giúp sinh viên làm quen với việc làm đồ án tốt nghiệp, làm quen với cách học tự nghiên cứu ,học tập và làm việc chung với nhóm Với việc tự nghiên cứu và thực hiện mạch đếm sản phẩm giúp sinh viên vận dụng các kiến thức đã học và sự hướng dẫn của giảng viên để thực hiện tốt mạch

2 NỘI DUNG

2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch đếm sản phẩm

VC C

7 1 2 6

13 12 11 10 9 15 14

A B C D

a b c d e f g

VD DG RD

R 5100LED 1

13 12 11 10 9 15 14

A B C D

a b c d e f g

VD DG RD

7 1 2 6

13 12 11 10 9 15 14

A B C D

a b c d e f g

VD DG R D

7 1 2 6

13 12 11 10 9 15 14

A B C D

a b c d e f g

VD DG R D

R 6100R 3

2.2 Nguyên lý hoạt động của mạch

2.2.1 Giới thiệu sơ lược về nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của mạch đếm sản phẩm dựa trên nguyên tắt phát và thu sóng hồng ngoại từ led phát và led thu tạo ra tín hiệu xung với 2 mức thấp ( 0v ) và mức cao ( 5v ) để cấp cho chân nhận xung clock của IC đếm ( IC 4518 ) IC 4518 có nhiệm vụ đếm số xung clock ở ngõ vào và

chuyển đổi thành tín hiệu số thuộc hệ số nhị phân ở ngõ ra và cấp cho ngõ vào của IC giải mã ( IC 4511 ), IC 4511 có chức năng chuyển đổi mã số từ số nhị phân thành mã số thập phân tại ngõ ra và cấp cho Led 7 đoạn hiển thị số thập phân.

2.2.2 Phân tích nguyên lý hoạt động của từng phần

a Mạch phát tín hiệu hồng ngoại

b Mạch thu tín hiệu hồng ngoại

Led thu IR 2 chân là led thu hồng ngoại, led sẽ cho dòng điện đi qua nếu nó nhận được tín hiệu hồng ngoại từ led phát, vì vậy ta phải chỉnh sao cho led thu hướng về tín hiệu từ led phát.

R 31 0 0 K

5 V

C 1

R4 0 9 3

Điện trở R có giá trị 100K có chức năng hạng dòng chạy qua led thu, đồng thời phân thế cho anod của tụ C1.

Bình thường thì led thu nhận được tín hiệu hồng ngoại một cách liên tục, led thu dẫn dòng điện từ nguồn qua R 100K và xuống mass Khi đó điện áp tại anod của tụ C1 coi như gần bằng 0v.

Khi có sản phẩm đi ngang qua và ngăn cảng đường tín hiệu hồng ngoại từ led phát đến led thu, lúc này led thu không nhận được tín hiệu hồng ngoại sẽ không dẫn điện xuống mass và điện thế tại anod của tụ C1 nâng cao lên gần bằng Vcc và tụ nạp điện, điện áp tại catod của tụ cũng tăng lên ở mức cao, lúc này tại ngõ vào cổng đảo mức cao nên ngõ ra mức thấp

Khi sản phẩm đã đi qua thì led thu lại nhận được tín hiệu hồng ngoại và dẫn điện, điện áp tại anod của tụ mức thấp tụ xả điện, lúc này điện áp tại catod giảm mạnh khiến áp mức vào của cổng đảo là thấp nên ngõ ra là mức cao Sự thay đổi điện áp tại ngõ ra của cổng đảo ( NOT ) từ mức thấp lên mức cao đã tạo ra một xung clock cung cấp cho bộ đếm.

21 21 3

1 4

91 1

Điện trở R4 có giá trị từ vài chục Ohm đến vài trăm Ohm có tác dụng hạng dòng điện cung cấp cho đèn led D3, D3 là led báo xung giúp ta có thể dễ dàng nhận biết được mức áp của xung ra, nếu là mức thấp thì led tắt, mức cao thì led sáng ( trong mạch đếm sản phẩm sử dụng R4 có giá trị 150 Ohm ).

c Bộ đếm với hai IC 4518 và bộ giải mã với bốn IC 4511 điều khiển led 7 đoạn hiển thị số

° Giới thiệu IC đếm 4518: Là IC được đóng gói theo dạng DIP 16,

4018 là IC có chức năng đếm theo số trạng thái xung tại ngõ vào xung clock IC4518 gồm cả hai bộ đếm mã số nhị phân, chân 16 lên nguồn, chân 8 nối mass, các chân 1,2,3,4,5,6,7 thuộc một bộ đếm và 9,10,11,12, 13,14,15 thuộc bộ đếm thứ hai, hai bộ đếm này có chức năng như nhau.

HÌNH DẠNG CỦA IC4518

SƠ ĐỒ KHỐI CỦA IC4518

Dựa vào sơ đồ khối của 4518 ta thấy hai bộ đếm tách biệt nhau, ta phân tích bộ đếm phía trên gồm có chân 1 nhận xung clock, chân 2 là ngõ vào cho phép, nhìn vào bảng sự thật ta sẽ nhận biết trạng thái của hai chan này Nếu chân 1 nhận xung từ mức thấp lên cao ( 0v – 5v ), chân 2 ở 5v hoặc chân 1 ở 0v và chân 2 chuyển trạng thái từ cao xuống thấp ( 5v – 0v ) thì IC đếm lên một đơn vị Các chân 3, 4, 5, 6, ứng với Q0, Q1, Q2, Q3 thể hiện mã số BCD ở ngõ ra, chân số 7 Reset nếu ở mức cao sẽ thiết lập lại trạng thái ban đầu của bộ đếm.

BẢNG SỰ THẬT IC4518

° Nguyên lý hoạt động của IC4518: Với giản đồ xung và bảng chân

trị của IC4518 ta thiết kế mạch đếm sản phẩm với chân 1 clock nối mass, chân nhận xung clock là chân 2 enable, vì vậy khi xung cạnh xuống ( 5v – 0v ) thì IC đếm một đơn vị Với cách này khi đếm sản phẩm thì khi sản phẩm đi qua che tín hiệu hồng ngoại đến led thu, điện áp tại anod led thu mức cao, dẫn đến tụ C1 nạp điện catod tụ mức áp tăng cao, tụ nạp đầy thì mức áp thấp, qua cổng NOT có áp cao led sáng Khi sản phẩm đi qua, led thu nhận được tín hiệu hồng ngoại và dẫn điện lúc này tụ điện xả, áp tại catod tụ tăng cao và ngõ ra tại cổng NOT là mức thấp Tại thời điểm này, tín hiệu xung từ mức cao xuống thấp cấp cho chân 2 enable và IC4518 thực hiện đếm một đơn vị Ngõ ra của IC là Q0, Q1, Q2, Q3 hoạt động như giãn đồ xung biểu diển, các chân này sẽ được nối vào các chân D1, D2, D3, D4 để IC4511 tiếp tục nhiệm vụ của mình là giải mã từ hệ số BCD và điều khiển led 7 đoạn hiển thị số thập phân

GIÃN ĐỒ XUNG CỦA IC4518

° Giôùi thieôu IC giại maõ 4511: laø IC ñoùng goùi dáng DIP 16, IC4511

coù chöùc naíng laø nhaôn tín hieôu vôùi heô soâ BCD töø caùc ngoõ vaøo laø D1, D2, D3, D4 ñeơø thöïc hieôn giại maõ sang heô soâ thaôp phađn ôû ngoõ ra laø Qa, Qb, Qc, Qd, Qe, Qf, Qg ñieău khieơn led 7 ñoán hieơn thò soâ thaôp phađn

Chađn 4 BI coù chöùc naíng kieơm tra mách, tích cöïc möùc thaâp, khi noâi mass thì caùc ngoõ ra töø Qa ñeân Qg coù möùc aùp laø 0v, led 7 ñoán khođng saùng.

HÌNH DÁNG IC 4511

Chađn 3 LT coù chöùc naíng cháy thöû mách, tích cöïc möùc thaâp, khi noâi mass thì caùc ngoõ ra töø Qa ñeẫn Qg ñeău ôû möùc cao Vcc, led 7 ñoán hieơn thò soâ 8.

Chađn 5 LE laø ngoõ vaøo cho pheùp mách hoat ñoông, tích cöïc möùc thaâp, khi noâi mass thì, caùc chađn LT vaø BI noâi Vcc thì IC 4511 môùi coù chöùc naíng giại maõ.

Các chân 7, 1, 2, 6 tương ứng với các ngõ vào của tín hiệu BCD là D1, D2, D3, D4 nhận tín hiệu từ Q0, Q1, Q2, Q3 từ IC 4518 để thực hiện việc giải mã từ hệ số BCD sang hệ số thập phân.

Các chân 13, 12, 11, 10, 9, 15, 14 tương ứng các ngõ ra là Qa đến Qg, các ngõ ra này cấp cho các chân a, b, c, d, e, f, g của led 7 đoạn loại catod chung hiển thị số thập phân.

Chân 8 GND nối mass.

Chân 16 Vcc nối nguồn dương.

Sơ đồ chức năng chân IC 4511

Sơ đồ khối logic của IC 4511

° Nguyên lý hoạt động của IC 4511: chưcù năng của IC 4511 trong

mạch đếm sản phẩm là nhận tín hiệu thuộc hệ số BCD từ IC 4518 của bộ đếm từ các chân ngõ vào D1, D2, D3, D4 sau đó thực hiện giải mã và điều khiển led 7 đoạn thực hiện hiển thị số thập phân.

Theo bảng sự thật của IC 4511, ta thấy với các tín hiệu BCD từ IC 4518 sau khi thực hiện đếm sẽ cấp cho ngõ vào của IC 4511, các số nhị phân BCD sẽ được IC 4511 giải mã thành hệ số thập phân và điều khiển led 7 đoạn hiển thị các số thập phân từ 0 đến 9.

Bảng sự thật IC 4511

° Led 7 đoạn catod chung: là một loại linh kiện điện tử thông dụng

sử dụng nhiều trong lĩnh vực điện tử số Led 7 đoạn catod chung bao gồm 7 thanh led dài giống nhau xắp xếp thứ tự như hình vẽ và được nối chung catod của các đoạn led (nếu led 7 đoạn anod chung thì các anod được nối chung với nhau ) khi hoạt động các chân a, b, c, d, e, f, g được nối với ngõ ra của IC giải mã tích cực mức cao.

CÁC SỐ ĐƯỢC HIỂN THỊ TRÊN LED 7 ĐOẠN

2.2.3 Nguyên lý hoạt động tổng quát của mạch đếm sản phẩm

Sau khi nghiên cứu nguyên lý hoạt động của từng phần của mạch đếm sản phẩm ta nghiên cứu chung về một khối thống nhất của mạch.

Khi có một sản phẩm đi ngang qua và che mất tín hiệu hồng ngoại từ led phát đến led thu, mạch thu sẽ cho ra một xung clock cấp vào chân số 2 enable của IC 4518, lúc này IC 4518 có nhiệm vụ đếm lên một đơn vị thuộc hệ số BCD, số BCD này xuất ra bởi các chân 3, 4, 5, 6 tương ứng Q0, Q1, Q2, Q3 Các chân này nối trực tiếp lên các chân D1, D2, D3, D4 của IC giải mã 4511 IC 4511 có nhiệm vụ giải mã từ hệ số BCD sang hệ số thập phân và xuất ra trên các chân từ Qa đến Qg được nối với các chân a, b, c, d, e, f, g của led 7 đoạn thông qua các điện trở có giá trị 150 Ohm có tác dụng hạng dòng bảo vệ led 7 đoạn Xung clock từ mạch thu hồng ngoại chỉ cấp cho phần đếm hàng đơn vị của mạch Để hiển thị được con số hàng trăm ta chỉ việc nối chân 10 enable của IC 4518 với chân 6 tương ứng Q3 của ngõ ra hệ số BCD của hàng đơn vị Tại vì nếu có 9 sản phẩm đã được đếm ở hàng đơn vị, lúc này số BCD tương ứng với Q3, Q2, Q1, Q0 là 1001; Q3 tương ứng với 1 là mức cao, nếu sản phẩm thứ 10 đi qua thì IC đếm với mã BCD không thể hiển thị số 1010 mà trở về trạng thái lúc đầu là 0000, vậy Q3 từ mức cao về mức thấp đã tạo ra một xung clock cấp cho bộ đếm

hàng chục và bộ đếm hàng chục đếm lên một đơn vị Tương tự như vậy, bộ đếm hàng chục sau khi đếm đến hết 9 thì quay về 0, Q3 từ mức cao về thấp cấp xung cho bộ đếm hàng trăm, Q3 cùa bộ đếm hàng trăm cấp xung cho bộ đếm hàng ngàn.

Với 2 IC 4518 với mỗi IC 4518 có 2 bộ đếm, ta có 4 bộ đếm điều khiển 4 IC 4511 giải mã và điều khiển 4 led 7 đoạn hiển thị số hệ thập phân từ hàng đơn vị, chục, trăm, ngàn; như vậy với 4 led hiển thị thì mạch đếm của chúng ta có thể đếm được từ 0000 đến 9999 sản phẩm trước khi quay trở về 0000

Để mở rộng con số sản phẩm được đếm ta chỉ việc nối Q3 của bộ đếm hàng trước đó với ngõ vào xung clock của bộ đếm cho hàng tiếp theo.

Trong mạch còn có một nút nhấn Reset có tác dụng lập lại trạng thái ban đầu của mạch tức là số 0000.

3 ƯU - KHUYẾT ĐIỂM CỦA MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM3.1 Ưu điểm

Mạch đếm sản phẩm có ưu điểm là mạch đơn giản, gọn nhẹ, hoạt động ổn định, chính xác dễ lắp đặt và sửa chửa Mạch có giá trị thiết thực khi thực hiện đếm số lượng sản phẩm được sản xuất ra từ các băng chuyền một cách chính xác, thay thế cho việc đếm sản phẩm của 1 công nhân giúp tiết kiệm sức lao động Mạch đếm sản phẩm hoạt động với dòng điện một chiều 5v nên ít hao tốn nhiều năng lượng.

3.2 Những khuyết điểm của mạch đếm sản phẩm.

Bên cạnh những ưu điểm thì mạch cũng tồn tại một số khuyết điểm như sau: tín hiệu hồng ngoại từ led phát không đủ mạnh để truyền đi xa trong không gian nên để led thu nhận được tín hiệu một cách mạnh và ổn định nhất thì khoảng cách của hai led thu và phát không quá xa; chính vì vậy mà sản phẩm được đếm không quá lớn, hạng chế của mạch đếm là chỉ đếm những sản phẩm có kích thước nhỏ như chai bia, nước ngọt, các sản phẩm có kích thước nhỏ khác.

Vì mạch hoạt động theo nguyên lý nhận tín hiệu hồng ngoại tạo xung clock để đếm nên khi hai sản phẩm đứng quá gần nhau thì tín hiệu hồng ngoại vẫn bị che khuất nên mạch vẫn đếm cho một sản phẩm; để khắc phục nhược điểm này thì yêu cầu các sản phẩm trên băng chuyền phải có một khoảng cách tốt thiểu sao cho tín hiệu hồng ngoại từ led phát đến được với led thu sau khi có một sản phẩm đi qua

4 KẾT LUẬN

Đồ án tốt nghiệp 1 là một bài tập lớn, một thử thách đối với sinh viên, tuy nhiên với đồ án tốt nghiệp 1 giúp cho sinh viên vận dụng một cách cụ thể kiến thức của mình đã hoc một cách sáng tạo và làm quen dần với cách học tự nghiên cứu, học tập và làm việc với nhóm để nghiên cứu và thực hiện đồ án một cách tốt nhất Hơn thế nữa, đồ án 1 còn giúp sinh viên quen dần với cách làm các đồ án tốt nghiệp sau này.

4 TÀI LIỆU THAM KHẢO

° www.alldatasheet.com