4.5.1 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng
Việc điều khiển mô hình thang máy đi lên hoặc đi xuống dựa trên việc kiểm tra giá trị của các thanh ghi đã được định sẵn:
- Thanh ghi dungtang (địa chỉ 0x32). Thanh ghi chứa giá trị tuơng ứng với các lệnh dừng tại tầng có lệnh dừng hoặc lệnh gọi từ bên ngoài. Ví dụ: dungtang0 ứng với bit dungtang.0. Khi bit dungtang.0 có giá trị bằng 1 thì tuơng ứng buồng thang sẽ dừng lại tại vị trí tầng 0. Khi bit dungtang.0 có giá trị bằng 0 thì tương ứng buồng thang sẽ không xuống và dừng lại tại vị trí tầng 0.
- Thanh ghi nholen (địa chỉ 0xA0). Thanh ghi nholen chứa các lệnh gọi đi lên không được ưu tiên thực hiện. Lệnh gọi tầng đưa vào thanh ghi nholen bao gồm các lệnh gọi xảy ra trong các trường hợp sau: gọi tầng đi lên từ bên ngoài khi buồng thang đang đi xuống, gọi tầng từ bên trong buồng thang khi thang đang đi xuống mà vị trí dừng của lệnh gọi cao hơn vị trí hiện tại của buồng thang.
- Thanh ghi nhoxuong (địa chỉ 0x120). Thanh ghi nhoxuong chứa các lệnh gọi đi xuống không được ưu tiên thực hiện. Lệnh gọi tầng đưa vào thanh ghi nhoxuong bao gồm lệnh xảy ra trong các trường hợp sau: gọi tầng đi xuống từ bên ngoài khi buồng thang đang đi lên, gọi tầng từ bên trong buồng thang khi thang di chuyển lên mà vị trí dừng của lệnh gọi thấp hơn vị trí hiện tại của buồng thang.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 76
Vị trí của buồng thang được thể hiện trên led 7 đoạn. Giá trị đưa từ portA của vi điều khiển đưa tới ngõ vào của 74LS573, ngõ ra tuơng ứng ngõ vào của 74LS573 nối tiếp với ngõ vào 74LS247. Qua bộ giãi mã BCD, giá trị trên led 7 đoạn ứng với vị trí của buồng thang.
PortB của vi điều khiển có nhiệm vụ xuất và nhập giá trị điện áp từ khối nút nhấn. Từ đó phát hiện nút nhấn. Từng nút nhấn tương ứng với từng lệnh gọi.
- NB1: lệnh dừng tầng 0 – nút bên trong buồng thang. - NB2: lệnh dừng tầng 1 – nút bên trong buồng thang. - NB3: lệnh dừng tầng 2 – nút bên trong buồng thang. - NB4: lệnh dừng tầng 3 – nút bên trong buồng thang.
- NB5: lệnh gọi lên tại vị trí tầng 0 – nút bên ngoài buồng thang. - NB6: lệnh gọi lên tại vị trí tầng 1 – nút bên ngoài buồng thang. - NB7: lệnh gọi lên tại vị trí tầng 2 – nút bên ngoài buồng thang. - NB8: mở cửa buồng thang – nút bên trong buồng thang.
- NB9: lệnh gọi xuống tại vị trí tầng 1 – nút bên ngoài buồng thang. - NB10: lệnh gọi xuống tại vị trí tầng 2 – nút bên ngoài buồng thang. - NB11: lệnh gọi xuống tại vị trí tầng 3 – nút bên ngoài buồng thang. - NB12: đóng cửa buồng thang – nút bên trong buồng thang.
PortC: điều khiển động cơ truyền động và động cơ đóng mở cửa buồng thang, nhận tín hiệu giá trị điện áp từ cảm biến vị trí cửa buồng thang và cảm biến vật cản tại cửa
PortD: nhận tín hiệu giá trị điện áp từ cảm biến vị trí buồng thang.
PortE: gồm 2 nút Reset và khóa thang, nút khóa thang được đặt bên trong.
Bên ngoài mỗi tầng có 1 led 7 đoạn hiển thị số tầng, 2 đèn báo trạng thái lên hoặc xuống, 1 nút gọi tầng đi lên (tầng 0) hoặc 1 nút gọi tầng đi xuống (tầng 3) hoặc 2 nút gọi tầng lên và xuống ( tầng 1, 2).
Bên trong Cabin có 1 led 7 đoạn hiển thị số tầng, 4 nút chọn tầng(0,1,2,3), 2 nút đóng hoặc mở cửa. Do yêu cầu thực tế là Cabin phải chuyển động cùng với những thứ bên trong nó nhưng vì làm mô hình nên nhóm chỉ lắp nó ở bên ngoài và cũng chuyển động để mô phỏng hoạt động giống như thực tế.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 77
4.5.2 Quy trình thao tác
Việc sử dụng mô hình thang máy trong đề tài tương tự như thang máy bên ngoài. Để thuận tiện cho việc sử dụng, nhóm xin trình bày quy trình thao tác một cách ngắn gọn và dễ hiểu.
Cấp nguồn
Thao tác bên ngoài
Thao tác bên trong
Hình 4. 36 – Quy trình thao tác sử dụng thang máy Bước 1: Cấp nguồn.
Hệ thống sử dụng nguồn là 220VAC cấp vào bộ nguồn xung cho ra 12VDC qua IC LM2576 cho ra điện áp 5VDC. Nguồn 12V cấp cho động cơ và relay, nguồn 5V cấp cho các linh kiện còn lại. Khi cấp nguồn và mở công tắc nguồn thì đèn báo hiệu có điện sáng lên, mạch sẵn sàng hoạt động.
Bước 2: Thao tác bên ngoài.
- Nếu cần đi lên bấm (▲) cần đi xuống bấm (▼). - Ấn nhẹ tay, không ấn cả hai chiều lên xuống. - Khi đang ở tầng 0 bạn chỉ có thể đi lên. - Khi đang ở tầng 3 bạn chỉ có thể đi xuống.
- Khi đang ở tầng 1, 2 bạn có thể đi lên hoặc xuống.
- Khi thang máy đến để phục vụ bạn thì cửa Cabin sẽ mở ra, chuông báo, đồng thời đèn báo hiệu thang đi lên ▲ hoặc đi xuống ▼ bật sáng, bạn có thể bước vào Cabin của thang máy chỉ hướng đi của mình đã chọn.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 78 Bước 3: Thao tác bên trong.
- Bạn cần đến tầng nào thì bấm nút tầng đó.
- Cabin sẽ dừng ở tất cả các tầng tương ứng với các nút đã bấm, theo chiều ưu tiên cabin đang chạy lên hoặc xuống tại thời điểm đó.
- Bạn có thể theo dõi hành trình của cabin qua bảng chỉ thị tầng ở phía trên bảng điều khiển( led 7 đoạn).
- Khi cabin chuẩn bị tới tầng, chuông báo sẽ báo hiệu dừng tầng. - Khi cabin đã dừng, muốn mở cửa ra thì ấn (◄►) để mở cửa. - Muốn đóng cửa cabin trước khi cửa tự động đóng thì ấn (►◄).
- Nếu muốn bảo trì, sữa chữa hay vận chuyển hàng hóa thì gạt switch khóa thang, lúc đó các lệnh gọi từ bên ngoài sẽ không có tác dụng nhưng vẫn được nhớ chờ đến khi gạt switch về vị trí ban đầu thì sẽ hoạt động bình thường.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 79
CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ, NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ
Quá trình nghiên cứu làm đề tài của nhóm diễn ra trong thời gian 16 tuần. Trong khoảng thời gian đó nhóm đã nghiên cứu và học tập được nhiều điều bổ ích. Nhóm đã thu về cho mình được một lượng kiến thức cơ bản về thang máy như cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách chế tạo mô hình cũng như hoạt động thực tế của thang máy. Biết cách điều khiển động cơ DC quay thuận nghịch kết hợp với nút nhấn và cảm biến hồng ngoại. Biết cách sử dụng nguồn dự phòng để chuyển nguồn đảm bảo an toàn khi mất điện xảy ra. Biết sử dụng vi điều khiển PIC16F887 điều khiển các thiết bị ngoại vi, làm vững chắc kiến thức đã học ở trường. Biết cách đọc Datasheet của các linh kiện để tính toán, chọn linh kiện, dòng điện, điện áp phù hợp cho mạch hoạt động hiệu quả. Biết thiết kế mạch in, biết sử dụng phần mềm Proteus mô phỏng hoạt động của mạch điện và phần mềm CCS để viết code C cho PIC16F887. Trong quá trình làm mô hình nhóm cũng đã tìm hiểu qua phần mềm Solidworks để thiết kế mô hình thang máy, rồi dựa vào đó để làm mô hình thật, tuy là thiết kế đơn giản thôi nhưng cũng giúp cho việc làm mô hình được dễ dàng hơn. Đặt biệt là trong quá trình làm đã rèn luyện cho chúng em kỹ năng tư duy giải quyết vấn đề, kỹ năng tìm tài liệu và làm việc nhóm hiệu quả, nó sẽ giúp ích cho chúng em sau này.
Nhìn chung, sản phẩm hoàn thành đạt tiêu chí đặt ra, hệ thống hoạt động tương đối ổn định, thời gian đáp ứng của hệ thống khá nhanh, dễ sử dụng và thao tác dễ dàng.
Tuy nhiên đề tài vẫn còn những hạn chế nhất định:
Cảm biến hồng ngoại chỉ hoạt động tốt khi có đủ ánh sáng cần thiết vì mắt phát và mắt thu dễ bị nhiễu dẫn đến mạch hoạt động sai như: cabin đến đúng tầng mong muốn nhưng không dừng lại hay chưa đến vị trí tầng mà Led 7 đoạn đã báo thay đổi tầng. Để khắc phục thì ta có thể thay thế cảm biến hồng ngoại bằng công tắc hành trình, khi cabin đến tầng mong muốn thì công tắc hành trình sẽ bị tác động, mạch sẽ hoạt động chính xác hơn không sợ bị nhiễu bởi ánh sáng.
Động cơ DC công suất thấp nên chỉ hoạt động ổn định khi không có tải. Nếu như có tải (người hay vật) trong cabin thì động cơ sẽ không thể hoạt động tốt được. Nếu muốn hoạt động tốt thì không chỉ phải chọn động cơ công suất cao chịu được tải
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 80 lớn mà phải kết hợp điều khiển bằng PID giúp ổn định tốc độ khi trọng lượng thay đổi.
Hệ thống nút nhấn chưa tích hợp đèn nên quá trình điều khiển đôi lúc khó khăn. Nếu như cùng lúc nhấn nhiều nút thì khó quản lí được quá trình hoạt động diễn ra thế nào.
Mô hình được thiết kế đơn giản bằng giấy Form nên không thể yêu cầu độ chắc chắn và tính toán về mặt cơ khí. Tuy nhiên mô hình cũng có tính thẩm mỹ nhất định, thiết kế gọn gàng, dễ thao tác, phần nguồn và phần điều khiển được bố trí hợp lí, logic.
Khi mất điện thì mạch tự động chuyển nguồn sang máy phát, tuy nhiên do điều kiện kinh tế và giới hạn của đề tài nên nhóm sử dụng chính nguồn 220VAC thay cho máy phát, và nguồn được chuyển qua lại bằng relay. Trong quá trình chuyển nguồn, do relay bật làm mạch hoạt động bị gián đoạn, để khắc phục thì nhóm đã lắp thêm tụ điện sau nguồn 5VDC cấp cho vi điều khiển và các cảm biến,… để lúc mất nguồn thì điện vẫn còn lưu lại chờ quá trình chuyển nguồn diễn ra xong thì mạch hoạt động lại như bình thường.
Nguồn cấp cho relay và động cơ đều là 12V nhưng nếu sử dụng chung thì sẽ gây nhiễu nên phải sử dụng nguồn riêng. Nguồn cho relay lấy từ bộ nguồn xung, nguồn cho động cơ lấy từ Adapter.
Việc điều khiển động cơ trực tiếp từ vi điều khiển có thể làm vi điều khiển bị nhiễu có thể gây hỏng, để khắc phục nhóm đã điều khiển động cơ qua Opto cách li để cách li phần điều khiển và phần công suất đảm bảo mạch hoạt động an toàn.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 81 Hình 5. 1 – Cabin đang dừng ở tầng 0.
Đây là hình ảnh cabin của thang máy đang dừng ở tầng 0 hay tầng trệt, led 7 đoạn hiển thị vị trí tầng là 0.
Hình 5. 2 – Cabin đang dừng ở tầng 2.
Đây là hình ảnh cabin của thang máy đang dừng ở tầng 2, led 7 đoạn hiển thị vị trí tầng là 2.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 82 Hình 5. 3 – Các thành phần bên trong mô hình.
Các thành phần bên trong mô hình: nguồn adapter 5V, nguồn tổ ong 12V, mạch nguồn cung cấp cho mạch hoạt động.
Hình 5. 4 – Mạch điều khiển được đặt trong tủ điều khiển.
Mạch điều khiển gồm: PIC 16F887, mạch điều khiển động cơ, các IC, các header kết nối led 7 đoạn, nguồn, nút nhấn.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 83
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
6.1 KẾT LUẬN
Kết quả của đề tài sau khi hoàn thành nhìn chung đáp ứng được những yêu cầu đã đặt ra: điều khiển được hoạt động của thang máy, thiết kế được mô hình, chuyển nguồn khi mất điện. Đề tài dùng linh kiện chính là vi điều khiển trung tâm PIC 16F887, các linh kiện khác như động cơ DC 12V, cảm biến hồng ngoại, led 7 đoạn,…Đề tài đã giải quyết được một cách cơ bản các yêu cầu của thang máy về chuyển động lên xuống, gọi tầng, chọn tầng, hiển thị tầng, chuyển nguồn. Tuy nhiên mô hình còn đơn giản về yêu cầu cơ khí, chưa điều khiển ổn định được tốc độ động cơ truyền động, buồng thang chưa có báo cháy, báo quá tải trọng, hệ thống không ổn định khi hoạt động với thời gian dài và điều kiện môi trường thay đổi. Đề tài chủ yếu mô phỏng hoạt động của thang máy, phục vụ cho việc học tập nên còn nhiều điểm phải cải thiện và hoàn thiện thêm.
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN
– Sử dụng phương pháp điều khiển PID để điều khiển ổn định tốc độ của động cơ truyền động ứng với tải trọng Cabin thay đổi.
– Sử dụng cảm biến nhiệt độ trong buồng thang, đưa vào bộ ADC của PIC16F887 thể hiện nhiệt độ và báo cháy khi nhiệt độ cao.
– Sử dụng cảm biến khối lượng (loadcell) đưa vào bộ ADC xác định tải trọng buồng thang và đưa ra cảnh báo khi quá tải.
– Kết nối với máy tính để giám sát hoạt động của mô hình thang máy qua camera.
– Thêm RFID để phân quyền sử dụng thang máy tránh người lạ đột nhập nhất là những nơi cần đảm bảo an ninh, bảo mật cao.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Tiêu chuẩn Việt Nam, “Tiêu chuẩn an toàn về cấu tạo lắp đặt và sử dụng thang máy”, Nhà xuất bản Xây dựng, Hà Nội năm 2002.
[2] ThS. Hoa Văn Ngũ – TS. Phạm Quang Dũng – Pgs, TS. Vũ Liêm Chính (chủ biến), “Thang máy cấu tạo – lựa chọn – lắp đặt và sử dụng”, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, Hà Nội năm 2004.
[3] Trần Xuân Truờng – Sinh viên K2001 – Đại Học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh, “Tài liệu sử dụng CCS tiếng Việt”, website http://tailieu.vn
[4] Nguyễn Đình Phú, “Vi xử lý – PIC”, Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM, 2017.
[5] Nguyễn Đình Phú, Phan Vân Hoàn, Trương Ngọc Anh, “Vi điều khiển – PIC”, Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM, 2017.
[6] Trần Minh Phương, “Đồ án thiết kế và điều khiển mô hình thang máy dùng PIC 16F877A”, 2012.
[7] Hoàng Minh Hoàng, “Đồ án điều khiển thang máy dùng PLC S7 300”, 2012.
[8] Microchip, PIC16F887 datasheet.
[9] NXP Semiconductors, 74HC573 datasheet.
[10] ON Semiconductor, 74LS247 datasheet.
[11] ON Semiconductor, 74LS08 datasheet.
Trích dẫn
[1] Công ty Thang máy Gia Định, Sự cần thiết của thang máy trong cuộc sống. [2] Công ty CP thang máy Mesco Việt Nam, Cấu tạo của thang máy.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 85
PHỤ LỤC
1. Sơ đồ cấu trúc của vi điều khiển PIC 16F887.
- Các khối bên trong vi điều khiển bao gồm:
- Có khối thanh ghi định cấu hình cho vi điều khiển.
- Có khối bộ nhớ chương trình có nhiều dung lượng cho 5 loại khác nhau. - Có khối bộ nhớ ngăn xếp 8 cấp (8 level stack).
- Có khối bộ nhớ Ram cùng với thanh ghi FSR để tính toán tạo địa chỉ cho 2 cách truy xuất gián tiếp và trực tiếp.
- Có thanh ghi lệnh (Instruction register) dùng để lưu mã lệnh nhận về từ bộ nhớ chương trình.
- Có thanh ghi bộ đếm chương trình (PC) dùng để quản lý địa chỉ của bộ nhớ chương trình.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 86 [1] Cấu trúc bên trong của vi điều khiển.
- Có thanh ghi trạng thái (status register) cho biết trạng thái sau khi tính toán của khối ALU.
- Có thanh ghi FSR.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 87 - Có khối các bộ định thời khi cấp điện PUT, có bộ định thời chờ dao động ổn định, có mạch reset khi có điện, có bộ định thời giám sát watchdog, có mạch reset khi phát hiện sụt giảm nguồn.
- Có khối giải mã lệnh và điều khiển (Instruction Decode and Control). - Có khối dao động nội (Internal Oscillator Block).
- Có khối dao động kết nối với 2 ngõ vào OSC1 và OSC2 để tạo dao động. - Có khối bộ dao động cho timer1 có tần số 32kHz kết nối với 2 ngõ vào T1OSI
và T1OSO.
- Có khối CCP2 và ECCP.
- Có khối mạch gỡ rối (In-Circuit Debugger IDC).
- Có khối timer0 với ngõ vào xung đếm từ bên ngoài là T0CKI.