4.1.1. Sơ đồ mạch in
Hình 4. 1 – Sơ đồ mạch in ( mạch điều khiển )
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 49
4.1.2. Sơ đồ bố trí linh kiện
Hình 4. 3 – Sơ đồ bố trí linh kiện ( mạch điều khiển )
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 50
4.1.3. Danh sách linh kiện
TT Tên linh kiện Giá trị Dạng vỏ Chú thích
1 PIC16F887 X 40 pin- PDIP 2 74HC573 X 20 pin- PDIP 3 74LS08 X 14 pin- PDIP 4 74LS247 X 16 pin- PDIP 5 LM2576-5V 3A TO-220 Có tản nhiệt 6 Cuộn cảm 100 uH 7 Diode FR307 3A 8 Diode FR107 1A 9 Tụ 10.000 uF 10 Tụ 1000 uF 11 Tụ 100 nF
12 PC 817 5V, 5mA 4 pin- PDIP 13 Relay 12V 5 pin 14 C1815 150mA TO92 15 Thạch anh 20 Mhz HC49 DIP 16 Điện trở 220Ω 17 Điện trở 4.7 KΩ 18 Điện trở 330Ω 19 Điện trở 680Ω 20 Buzzer 5V 21 Nút nhấn đơn
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 51 22 Led đơn 10 - 20mA
23 Led 7 đoạn anode chung 10 - 20mA 24 Module vật cản 3 - 5V 25 Nguồn xung 12V – 3A 26 Nguồn xung 12V –
450mA
Bảng 4. 1 – Danh sách các linh kiện
4.2. LẮP RÁP VÀ KIỂM TRA
Quá trình lắp ráp gồm các bước :
Bước 1 : Lắp ráp module nguồn, kiểm tra điện áp ngõ ra của nguồn.
Bước 2 : Lắp ráp module điều khiển bao gồm kết nối nguồn, kết nối cảm biến, nút nhấn, led 7 đoạn, động cơ.
4.2.1. Lắp ráp module nguồn
Các linh kiện cần lắp ráp trên module nguồn gồm : relay 12V, module nguồn 12V, IC LM2576 5V – 3A, diode, cuộn cảm, tụ, điện trở, led, domino.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 52 1. Phần điện áp AC 220V – 50Hz.
2. Phần điện áp DC với ngõ vào 12V, ngõ ra lần lượt là 12V, 5V.
Tiến hành lấy VOM kiểm tra : kiểm tra điện áp ngõ vào là 12V, điện áp ngõ ra là 12V và 5V.
4.2.2. Lắp ráp module điều khiển
Ở phần này, ta kết nối module nguồn với module điều khiển, sau đó kết nối nối các cảm biến tầng, cảm biến đóng mở cửa, các nút nhấn, động cơ kéo cabin, động cơ đóng mở cửa.
Hình 4. 6 – Lắp ráp module điều khiển 1. Kết nối nút nhấn của mô hình.
2. Kết nối led 7 đoạn. 3. Kết nối nguồn.
4. Kết nối động cơ kéo cabin, động cơ đóng mở cửa. Tiến hành kiểm tra :
- Sử dụng VOM kiểm tra điện áp ngõ vào lần lượt là 12V và 5V. - Sử dụng VOM ở chế độ đo thông mạch để kiểm tra các nút nhấn. - Kiểm tra từng thanh trên led 7 đoạn xem có hoạt động tốt không.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 53 - Kiểm tra tín hiệu trả về của cảm biến. Ở đây sử dụng cảm biến hồng ngoại tích cực mức ‘0’
4.3. ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển 4.3.1 Đóng gói bộ điều khiển
Một tủ điều khiển được thiết kế nằm bên hông của thang máy. Thiết kế nhỏ gọn, có cánh cửa để dễ dàng quan sát bên trong. Tủ điều khiển có tính thẩm mỹ và dễ dàng thao tác sử dụng.
Bên trong tủ điều khiển gồm có : + Mạch điều khiển.
+ Mạch nguồn cung cấp cho mạch điều khiển hoạt động.
+ Ngoài ra còn có nguồn xung 12V – 5A, 5V – 2A, CB để đóng cắt điện.
Hình 4. 7 – Các thành phần bên trong tủ điều khiển. 1. Nguồn xung 12V – 5A, Adapter 5V – 2A.
2. Mạch nguồn cung cấp cho mạch điều khiển hoạt động. 3. CB đóng cắt điện.
4. Hộp kết nối dây điện. 5. Mạch điều khiển.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 54 Hình 4. 8 – Thiết kế cửa đóng mở rất thuận tiện cho việc quan sát và sửa chữa.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 55
4.3.2 Thi công mô hình
Mô hình thang máy máy được sử dụng vật liệu chính là giấy Form, là loại giấy rất phổ biến trong nghành tạo mẫu mô hình thu nhỏ. Đặc biệt dễ nhận diện với màu trắng và không thấm nước, dễ cắt gọt, mài dũa và ăn sơn rất tốt.
Sau đây là kích thước mô hình thang máy.
Hình 4. 10 – Thông tin kích thước mô hình (đơn vị Cm).
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 56 Hình 4. 12 – Các thành phần tổng quan của mô hình thang máy thực tế.
1. Động cơ giảm tốc 12VDC được đặt trên nóc thang máy để kéo cabin lên xuống.
2. Led 7 đoạn Anode chung hiển thị vị trí tầng hiện tại. 3. Led đơn báo trạng thái lên xuống của thang máy. 4. Các nút nhấn gọi tầng
5. Cửa thang máy ở mỗi tầng.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 57 Hình 4. 13 – Các thành phần bên trong mô hình.
1. Cảm biến mở cửa. 2. Cảm biến đóng cửa.
3. Cảm biến phát hiện vật cản. 4. Động cơ kéo cửa cabin. 5. Động cơ kéo cabin.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 58 Hình 4. 14 – Các thành phần phía sau của mô hình.
1. Đối trọng của thang máy giúp cho quá trình di chuyển lên xuống của cabin trở nên dễ dàng hơn.
2. Các cảm biến vật cản hồng ngoại được bố trí sao cho cabin dừng đúng vị trí mong muốn.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 59
4.4. LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 4.4.1 Lưu đồ giải thuật 4.4.1 Lưu đồ giải thuật
Lưu đồ giải thuật của điều khiển mô hình thang máy chia thành 2 phần chính bao gồm: ngắt – nhận tín hiệu gọi tầng, điều khiển hoạt động của mô hình thang máy.
4.4.1.1. Ngắt – nhận tín hiệu gọi tầng.
Khi có bất kì phím được nhấn, điện áp tại cột có phím được nhấn xuống mức thấp. Tín hiệu điện áp này đưa tới ngõ vào logic AND và thu được tín hiệu điện áp mức thấp tại ngõ ra. Tín hiệu điện áp mức thấp này kích bắt đầu ngắt ngoài. Ngược lại, khi không có phím nào được nhấn, ngõ vào logic AND ở mức cao, ta thu được tín hiệu ngõ ra mức cao, không kích ngắt ngoài. Ngắt ngoài được khai báo với trạng thái từ mức điện áp cao xuống mức điện áp thấp tại chân RB0
Khi có ngắt ngoài xảy ra, chương trình đưa vào phần ngắt ngoài và tắt chức năng ngắt ngoài. Các hàng của khối phím ma trận được thay đổi giá trị điện áp (011,101,110 – tương ứng với các hàng và lần lượt). Xen kẽ quá trình thay đổi điện áp là quá trình dò giá trị điện áp từng cột. Cột có giá trị điện áp mức thấp là cột có nút được nhấn. Kết hợp với quá trình thay đổi điện áp của hàng mà ta kết luận được vị trí nút được nhấn.
Mỗi phím có một công dụng khác nhau. Hàng 1 là 4 nút chọn vị trí dừng buồng thang tượng trưng cho 4 nút chọn vị trí dừng buồng thang lắp bên trong buồng thang. Hàng 2 bao gồm 3 nút gọi buồng thang đi lên tượng trưng cho 3 nút gọi lên lắp bên ngoài cabin và 1 nút mở cửa cabin. Hàng 3 bao gồm 3 nút gọi buồng thang đi xuống tượng trưng cho 3 nút gọi xuống lắp bên ngoài cabin và 1 nút đóng cửa cabin
Khi phím chọn vị trí dừng buồng thang hay phím gọi buồng thang đi lên hoặc gọi buồng thang đi xuống được nhấn, ta xét theo trạng thái của thang. Sau đó, ta xét đến giá trị tầng gọi. Giá trị tầng gọi đem so sánh với vị trí buồng thang để đưa vào thanh ghi “dungtang” hoặc “nholen” hoặc “nhoxuong”.
Khi phím mở cửa cabin hoặc đóng cửa cabin được nhấn, ở trạng thái “chophep = 1”, thì lệnh đóng cửa hoặc mở cửa mới có tác dụng. Trạng thái “chophep” quy định lệnh đóng hoặc mở cửa được thực thi. Với mục đích tránh tình trạng mở cửa khi thang chưa dừng, hoặc tự ý mở cửa tại tầng không có lệnh dừng.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 60 Trước khi kết thúc chương trình ngắt ngoài, ta đặt cho các hàng có mức điện áp thấp. Với trạng thái này, sau khi mở lại chức năng ngắt ngoài, nút nhấn sẽ luôn ở trạng thái chờ phím bất kì được nhấn. Như thế, ngắt ngoài sẽ luôn luôn chờ tín hiệu ngắt. Tắt chức năng nhận ngắt ngoài. hàng 1 = 0, hàng 2 = hàng 3 = 1 Phát hiện cột có tín hiệu điện áp = 0? So sánh vị trí tầng. Lưu lại giá trị
hàng 2 = 0, hàng 1 = hàng 3 = 1 Phát hiện cột có tín hiệu điện áp = 0? hàng 3 = 0, hàng 1 = hàng 2 = 1 Phát hiện cột có tín hiệu điện áp = 0? hàng 1 = hàng 2 = hàng 3 = 0. Mở chức năng nhận ngắt ngoài So sánh vị trí tầng. Lưu lại giá trị So sánh vị trí tầng.
Lưu lại giá trị
Y N Y N Y N Bắt đầu Kết thúc
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 61
Trạng thái chờ ?
Trạng thái lên ?
Lệnh trong cabin ?
= vị trí ? Mở cửa Cabin
Lưu vào thanh ghi dungtang. Cabin đi lên
Lưu vào thanh ghi dungtang > vị trí ?
>= vị trí ?
Lưu vào thanh ghi dungtang. Cabin đi xuống
Lưu vào thanh ghi nhoxuong
Lưu vào thanh ghi nholen
Lưu vào thanh ghi dungtang
Lưu vào thanh ghi nholen
Lưu vào thanh ghi nhoxuong <= vị trí ? Lệnh trong cabin ? Y Y Y Y Y Y Y N N N N N N N N Y Kết thúc Bắt đầu
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 62
Nút đóng cửa được nhấn ? chophep = 1
Lenhdongcua = 0 Lenhdongcua = 1 Lenhmocua = 0 Y Y N N Kết thúc Bắt đầu
Hình 4. 17 – Lưu đồ giải thuật nút đóng cửa buồng thang
Nút mở cửa được nhấn ? Chophep = 1
Lenhmocua = 0 Lenhmocua = 1 Lenhdongcua = 0 Y Y N N Kết thúc Bắt đầu
Hình 4. 18 – Lưu đồ giải thuật nút mở cửa buồng thang 4.4.1.2. Hoạt động của mô hình thang máy
Khi thang máy ở chế độ chờ tín hiệu, buồng thang dừng di chuyển, chờ tín hiệu đưa vào để tiếp tục hoạt động. Khi ở chế độ đi lên, thang máy sẽ ưu tiên dừng khi có lệnh dừng ở các tầng có cùng hoặc vị trí cao hơn vị trí buồng thang. Các lệnh gọi có vị trí thấp hơn vị trí buồng thang sẽ đưa lệnh vào thanh ghi nhớ tùy theo gọi lên hoặc gọi xuống. Khi ở chế độ đi xuống, thang máy sẽ ưu tiên dừng khi có lệnh dừng ở các tầng có cùng hoặc vị trí thấp hơn vị trí buồng thang. Các lệnh gọi có vị trí cao hơn vị trí buồng thang sẽ đưa lệnh vào thanh ghi nhớ tùy theo gọi lên hoặc gọi xuống.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 63 a. Quá trình mở và đóng cửa của buồng thang
Cho phép mở cửa
Có lệnh đóng cửa ?
Cửa mở hết ? Có lệnh đóng cửa ?
Cho phép đóng cửa
Có lệnh mở cửa ?
Có người tại cửa ?
Cửa đóng hết ? N Y Y Y Y Y N N
Khởi tạo biến
Thực hiện vòng Lặp 100 lần ?
Delay_ms(30)
Có lệnh đóng cửa ?
Tăng giá trị biến lên 1 đơn vị Y Y N N N N Y N Bắt đầu Kết thúc khoathang = 0 ? Y N
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 64 Khi có lệnh dừng tại tầng, động cơ truyền động ngừng hoạt động. Buồng thang bắt đầu mở cửa. Nếu có lệnh đóng cửa thì buồng thang sẽ dừng mở cửa và bắt đầu đóng cửa.
Nếu không có lệnh đóng cửa thì cửa sẽ tiếp tục mở và chỉ dừng mở cửa khi cửa đã mở hết. Lúc này, điện áp thu về từ khối cảm biến ứng với vị trí cảm biến cửa mở hết sẽ là mức thấp. Tiếp tục kiểm tra xem có lệnh khóa thang hay không, nếu có sẽ thực hiện vòng lặp và chờ cho khi nào điều kiện sai sẽ thoát vòng lặp. Nếu có lệnh đóng cửa cửa buồng thang sẽ đóng lại. Nếu không có lệnh thì sau 3 giây là thời gian đã cài đặt trước, cửa sẽ tự đóng lại. Trong quá trình đóng, nếu có nguời vào buồng thang hoặc có lệnh mở cửa thì cửa sẽ mở ra hết và làm lại quá trình đóng cửa. Sau khi cửa đóng hết, điện áp thu được từ khối cảm biến ứng với cảm biến vị trí cửa đóng hết là mức thấp, động cơ điều khiển cửa sẽ dừng hoạt động và kết thúc quá trình mở – đóng cửa của buồng thang.
b. Quá trình đi lên và đi xuống của buồng thang
trangthai = 1, Cho phép đi lên
Đến các vị trí tầng ? Xuất ra led 7 đoạn
vị trí tầng. Có lệnh dừng tầng ? Dừng động cơ kéo cabin. Mở - đóng cửa buồng thang Thanh ghi dừng tầng =0 ? Thanh ghi dừng tầng =0 ? Y Y N Y Y N N N Dừng động cơ kéo Cabin Kết thúc Bắt đầu
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 65
trangthai = 0, Cho phép đi xuống
Đến các vị trí tầng ?
Dừng động cơ kéo Cabin
Xuất ra led 7 đoạn vị trí tầng. Có lệnh dừng tầng ? Dừng động cơ kéo Cabin Mở - đóng cửa buồng thang Thanh ghi dừng tầng =0 ? Thanh ghi dừng tầng =0 ? Y Y Y Y N N N N Bắt đầu Kết thúc
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 66 c. Hoạt động chính của mô hình thang máy
Trạng thái chờ Trạng thái chờ RB1=RB2=RB3=0
Mở ngắt ngoài
Trạng thái đi lên
Mở- đóng cửa buồng thang
Qúa trình đi xuống của buồng thang
Trạng thái đi lên dungtang=nholen Trạng thái chờ
nhoxuong = 0 ? Qúa trình đi lên của
buồng thang
nholen = 0 ?
Trạng thái đi xuống dungtang=nhoxuong Y N Y N Y Y N N Bắt đầu
Hình 4. 22 – Lưu đồ giải thuật hoạt động chính của thang máy
Giá trị tại các thanh ghi lệnh dungtang, nholen, nhoxuong và 2 biến lenhdongcua, lenhmocua luôn được cập nhập liên tục trong quá trình thang máy hoạt động. Khi xảy ra ngắt, lệnh gọi từ bên ngoài được so sánh với trạng thái và vị trí của buồng thang. Sau đó, lệnh được ưu tiên sẽ ghi vào thanh ghi dungtang, lệnh không được ưu tiên sẽ được ghi vào thanh ghi nholen hoặc nhớ xuống.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 67 d. Hoạt động của chuông báo.
Tam = 1, Buzzer = 0 Tam =1 và có lệnh dừng tầng ? Buzzer = 1 Delay_ms(50) Bắt đầu Buzzer = 0 Tam = 0 Kết thúc N Y
Hình 4. 23 – Lưu đồ giải thuật hoạt động của chuông báo
Chuông báo sẽ báo hiệu đã đến tầng mong muốn, đầu tiên ta tắt chuông và gán biến tam = 1, sau đó ta kiểm tra xem có lệnh dừng tầng hay không, nếu có thì chuông báo 50ms rồi set lại biến tam = 0, quá trình lặp lại khi có lệnh dừng tầng tiếp theo.
4.4.2. Phần mềm lập trình cho vi điều khiển
4.4.2.1 Phần mềm Proteus
Proteus là phần mềm cho phép mô phỏng hoạt động của mạch điện tử bao gồm phần thiết kế mạch và viết chương trình điều khiển cho các họ vi điều khiển như MCS–51, PIC, AVR, …
Phần mềm bao gồm 2 chương trình: ISIS cho phép mô phỏng mạch và ARES sử dụng để vẽ mạch in. Proteus là công cụ mô phỏng cho các loại Vi Điều Khiển khá
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 68 tốt, nó hỗ trợ các dòng VĐK PIC, 8051, dsPIC, AVR, HC11, MSP430, ARM7/LPC2000 ... các giao tiếp I2C, SPI, CAN, USB, Ethenet,... ngoài ra còn mô