1.4.1. Khỏi niệm
Ánh sỏng hồng ngoại (infrared)-IR là ỏnh sỏng khụng thể nhỡn thấy đƣợc bằng mắt thƣờng, cú bƣớc súng khoảng từ 0.86μm đến 0.98μm. Tia hồng ngoại cú vận tốc truyền bằng vận tốc ỏnh sỏng.
Tia hồng ngoại cú thể truyền đi đƣợc nhiều kờnh tớn hiệu. Nú đƣợc ứng dụng rộng rói trong cụng nghiệp. Lƣợng thụng tin đƣợc truyền đi với ỏnh sỏng hồng ngoại lớn gấp nhiều lần so với súng điện từ cú thể đạt 3 Mbit /s.
1.4.2. Nguồn phỏt tia hồng ngoại
Cỏc nguồn dựng phỏt ra tia hồng ngoại nhƣ:
Mặt Trời là một nguồn phỏt tia hồng ngoại mạnh
Cơ thể con ngƣời cú nhiệt độ bỡnh thƣờng là 37oC nờn là một nguồn phỏt ra tia hồng ngoại với bƣớc súng khoảng 9μm.
Cỏc vật cú nhiệt độ lớn hơn 0 độ K đều cú phỏt ra tia hụng ngoại. Vớ dụ
Đốn dõy túc, bếp gas, lũ sƣởi là những nguồn phỏt ra tia hồng ngoại mạnh. + Bƣớc súng của cỏc nguồn hồng ngoại.
Hỡnh 1.10. Bƣớc súng của cỏc nguồn hồng ngoại. IRED: Diode hồng ngoại
LA : Laser bỏn dẫn LR : Đốn huynh quang Q : Đốn thủy tinh
W : Búng đốn điện với sợi volfram PT : Phototransistor
Súng hồng ngoại cú những đặc tớnh quan trọng giống nhƣ ỏnh sỏng, sự hội tụ qua thấu kớnh, tiờu cực.
Ánh sỏng và súng hồng ngoại khỏc nhau rất rừ trong sự suyờn xuốt qua vật chất, cú những vật mắt ta thấy sự phản chiếu sỏng nhƣng đối với tia hồng ngoại là những vật phản chiếu tối. Vật liệu bỏn dẫn trong suốt đối với ỏnh sỏng hồng ngoại, tia hống ngoại khụng bị yếu đi khi khi nú suyờn qua cỏc lớp bỏn dẫn để ra ngoài.
1.4.3. Bộ thu phỏt tớn hiệu hồng ngoại TCRT5000
TCRT5000 là modul tớch hợp thu phỏt tớn hiệu hồn ngoại, cú cấu tạo là bộ thu và bộ phỏt đƣợc chế tạo từ chất bỏn dẫn GAILIUM, cú phõn cực anot và catot nhƣ LED đơn. Chi tiết nhƣ hỡnh sau:
Hỡnh 1.11: Led thu phỏt hồng ngoại TCRT5000 -Thụng số kỹ thuật:
+ Điện ỏp làm việc trung bỡnh 5V + Dũng làm việc dƣới 1mA
+ Nhiệt độ làm việc <250C + Tần số làm việc 1MHz
-Khoỏng cỏch thu phỏt của modul phụ thuộc vào điện ỏp và dũng làm việc đƣợc thể hiện trụng hỡnh sau:
Hỡnh 1.12: khoảng cỏch phụ thuộc vào dũng và ỏp
Ta thấy khoảng cỏch thu phỏt tốt nhất là khi điện ỏp làn việc ở 10V và dũng làm việc là 2.5mA, khoảng cỏch xa thỡ việc thu phỏt càng giảm.
Sơ đồ cấu trỳc bờn trong của TCRT5000
+ Bờn phỏt là một LED phỏt tia hồng ngoại
+ Bờn thu nhƣ là một khúa điện tử chỉ hoạt động khi cú tớn hiệu phỏt hồng ngoại chiếu vào.
NHẬN XẫT
VĐK8051 là một IC tớch hợp cú nguồn gốc từ hóng Intel. Là bộ vi xử lý 8 bit cú 128 byte RAM, 4K byte ROM, hai bộ định thời, một cổng nối tiếp và 4 cổng vào /ra tất cả đƣợc đặt trờn một chớp.
VĐK 8051 đƣợc ứng dụng rộng rói trong cỏc ngành cụng nghiệp ứng dụng tự động điều khiển.
TCRT5000 là modul tớch hợp sẵn để thực hiện chức năng thu-phỏt đồng thời đƣợc ứng dụng rất nhiều trong cỏc dõy truyền tự động nhƣ: phõn loại sản phẩm, đếm số lƣợng, chống trộm v.v.
Xả nƣớc tự động dựng cảm biến hồng ngoại là một ứng dụng cụ thể của 8051, đƣợc ứng dụng rất thiết thực trong cỏc nhà mỏy, trƣờng học, sõn bay và cỏc khu cụng cộng. Nhằm nục đớch tiết kiệm nguồn tài nguyờn nƣớc.
CHƢƠNG 2. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
XÂY DỰNG Mễ HèNH PHẦN CỨNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN XẢ NƢỚC TỰ ĐỘNG
2.1. MỞ ĐẦU
Đõy là mụ hụ hỡnh điều khiển xả nƣớc tự động tuy nhỏ gọn nhƣng nú phản ỏnh khỏ đầy đủ về cấu trỳc và nờu nờn đƣợc toàn bộ nguyờn lý hoạt động của hệ thống nờn cú tớnh ứng ụng cao vào thực tế. Cỏc thiết bị, linh kiện rẻ, dễ tỡm và cú độ chớnh xỏc cao, an toàn.
2.2. SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG
Qua sơ đồ dƣới đõy ta cú thể hiểu đƣợc toàn bộ hoạt động của hệ thống điều khiển xả nƣớc tự động dựng cảm biến hồng ngoai.
Hệ thống điều khiển xả nƣớc tự động dựng cảm biến hồng ngoại đƣợc mụ tả tổng quỏt qua cỏc khối chức năng trờn sơ đồ sau:
2.3. CHỨC NĂNG VÀ HOẠT ĐỘNG CÁC THÀNH PHẦN 2.3.1. Khối nguồn 2.3.1. Khối nguồn
Đõy là khối nguồn cụng suất sử dụng cỏc IC cụng suất nhƣ LM7812, LM7805, và một số cỏc linh kiện khỏc để cú thể đảm bảo đƣợc tớnh ổn định của mạch nguồn.
Hỡnh 2.2: Khối nguồn.
+ Chức năng của khối nguồn: Chuyển đổi điện 220VAC sang 12VDC, 5VDC cấp cho mạch.
+ Nguyờn lý hoạt động: Nguồn điện 220VAC vào biến ỏp 3A biến đổi thành cỏc mức điện ỏp xoay chiều nhỏ: 24V, 18V, 15V, 12V, 9V, 6V, 0V. Vỡ mạch cần mức điện ỏp 12VDC và 5VDC nờn lấy mức 15V và 0V sẽ đƣa vào bộ chỉnh lƣu cầu nắn thành điện ỏp 1 chiều. Ta dựng IC LM7812 và LM7805 để lấy ra mức điện ỏp chuẩn 12VDC và 5VDC. Tụ C=2200uf/50v ban đầu lớn tỏc dụng làm cho điện ỏp 1 chiều chuẩn hơn. Cỏc tụ 10uf tỏc dụng lọc lại điện ỏp ngừ ra tại chõn 3 của IC LM7812 và LM7805. Để bảo vệ mạch nguồn khụng bị hỏng khi điện ỏp đầu vào quỏ cao, ta đấu thờm một điốt bảo vệ ở ngay đầu vào, điốt này chịu đƣợc tối đa là 300V nếu điện ỏp đầu vào vƣợt quỏ 300V thỡ điốt này sẽ chập và nổ cầu chỡ khụng cho điện vào nguồn.
2.3.2. Khối keyboard kiểm tra
Nếu muốn kiểm tra trờn phần cứng cú những lỗi ta sử dụng một phớm ấn trờn board. Nhờ thế mà ta cú thể kiếm soỏt đƣợc lỗi trờn phần cứng để thay thế xửa chữa hợp lý, phớm này cũn cú tỏc dụng kiểm tra xem đó cú nguồn vào mạch điện hay chƣa.
Hỡnh 2.3: Khối keyboard.
+ Chức năng khối keyboard: Kiểm tra phần cứng board mạch trƣớc khi sử dụng.
+ Nguyờn lý hoạt động: Viết một chƣơng trỡnh kiểm tra mạch, nếu phớm nào đƣợc nối GND thỡ sẽ thực hiện bật tắt cỏc bit cổng P1.1. Từng bit của P1.1 đƣợc hiển thị qua led đơn và Role.
2.3.3. Khối thu phỏt tớn hiệu IR
Đõy là mạch tớch hợp thu phỏt hồng ngoại, nú cú khả năng thu phỏt cỏc tớn hiệu.
LED phỏt cú cấu tạo nhƣ LED bỡnh thƣờng chiếu sỏng, nờn sử dụng điện trở để hạn dũng.
Thụng số:
+ Dũng của LED chịu đƣợc là 17mA-25mA. + Điện ỏp làm việc từ 2,5V-12V.
+ Bƣớc súng 0.85μm-0.9μm mà mắt thƣờng khụng thể nhỡn thấy đƣợc.
Hỡnh 2.4: LED phỏt hồng ngoại
LED thu cũng cú cấu tạo nhƣ LED bỡnh thƣờng, nú dựng để phõn cực mức õm và mức dƣơng.
Hỡnh 2.5: LED thu hồng ngoại.
+ Nguyờn lý hoạt đụng: Khi cú một tớn hiệu đƣa vào, bộ phận phỏt tƣơng ứng LED phỏt cú nhiệm vụ biến đối cỏc tớn hiệu đó nhận đƣợc thành quang phỏt xạ ra mụi trƣờng, LED thu nhận tớn hiệu đú biến đối từ quang thành điện, sau đú nú tự tỏch súng và loại bỏ súng mang để đƣa ra tớn hiệu chuẩn từ đú sẽ đƣa vào khối so sỏnh.
2.3.4. Khối so sỏnh LM339
IC LM339 là IC tớch hợp sẵn bốn bộ so sỏnh. IC LM339 nhận điện ỏp từ hồng ngoại để đƣa vào một mức điện ỏp chuẩn cho mạch.
Hỡnh 2.6: Khối so sỏnh LM339
+ Chức năng khối so sỏnh: dựng để so sỏnh cỏc mức điện ỏp khi đƣa vào tớn hiệu xử lý. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Nguyờn lý hoạt động: Khi điện ỏp của khối thu đƣa về là mức điện ỏp để so sỏnh với mức điện ỏp chuẩn của biến trở tinh chỉnh 104, ta cũng cú thể thay đối điện ỏp khi vặn biến trở. Điện ỏp khi đó đƣợc so sỏnh sẽ đƣa về khối chỉnh xung.
2.3.5. Khối chỉnh xung 74HC14
Khi tớn hiệu đƣa vào đó đƣợc so sỏnh để đƣa ra mức điện ỏp cho toàn mạch, nhƣng nhƣ ta thấy do tỏc động của phần cứng hoặc một số yếu tố bờn ngoài mà điện ỏp đƣa vào mạch khụng đỳng với mức điện ỏp mà mạch làm việc. Chớnh vỡ thế mà ta nờn dựng IC 74HC14 để chỉnh xung và đƣa về mức tớn hiệu điện ỏp chuẩn cho mạch.
Hỡnh 2.7: Khối xử lý tớn hiệu
+ Chức năng khối chỉnh xung: Tạo xung vuụng, chốt, đảo trạng thỏi xung, chỉnh mức điện ỏp chuẩn để đƣa về mức điện ỏp từ 5V-12V để cấp vào chõn vi xử lý 8051.
+Nguyờn lý hoạt động: Khối so sỏnh đó đƣa ra mức tớn hiệu chuẩn, lỳc này sẽ đƣợc đƣa về khối chỉnh xung 74HC14 để điều chỉnh đƣa ra tớn hiệu xung chuẩn là 0 hay 1. Tớn hiệu nhận xung từ bộ so sỏnh là chõn số 1, sau khi điều chỉnh xung sẽ đƣa mức tớn hiệu xung chuẩn ra là chõn số 2 để đƣa vào chõn xử lý tớn hiệu.
2.3.6. Khối xử lý tớn hiệu
VĐK 8051 cú 40 chõn, đƣợc chia làm 4 cổng. Trong đú cú 24 chõn cú tỏc dụng kộp (1 chõn cú 2 chức năng), mỗi đƣờng cú thể hoạt động nhƣ đƣờng xuất nhập hoặc đƣờng điều khiển hay là cỏc thành phần của cỏc bus dữ liệu và bus địa chỉ. Đặc biệt chõn số 29 và chõn 31 cho phộp truy cập bộ nhớ ngoài.
Hỡnh 2.8: Khối xử lý tớn hiệu.
+ Chức năng: Xử lý tớn hiệu đƣợc đƣa vào
+ Hoạt động: Khi bộ chỉnh xung 74HC14 đƣa tớn hiệu điện ỏp chuẩn nhất vào thỡ VĐK 8051 sẽ nhận tớn hiệu đú từ cổng P1.0 để đƣa về so sỏnh với bộ mó lệnh mà ngƣời viết chƣơng trỡnh đó nạp vào nú. Khi tớn hiệu đƣa vào giống với mó lệnh của VĐK thỡ thực hiện cụng việc tƣơng ứng với tớn hiệu đú. Khi tớn hiệu đƣợc VĐK sử lý xong thỡ tớn hiệu đú sẽ đƣợc xuất ra từ cổng Port 0.
2.3.7. Khối đệm dũng ULN2803
ULN2803 là một IC điệm dũng và đảo tớn hiệu (dũng lờn đến 450mA). Nú gồm 8 kờnh mỗi kờnh tƣơng đƣơng nhƣ 2 con BJT mắc theo kiểu dalington. Bờn trong ULN 2803 cú mắc thờm cỏc Diode trỏnh dũng ngƣợc khi điều khiển cỏc thiết bị cú cuộn dõy.
Hỡnh 2.9: Khối đệm dũng.
ULN 2803 là một vi mạch đệm, cú chứa 8 bộ đệm. Mỗi bộ đệm cú một diode với đầu anod đƣợc nối với ngừ ra của ic cũn catod đƣợc nối chung với catot của cỏc diode cũn lại. Ngừ ra của vi mạch là cỏc cực gúp hở. Tớn hiệu ngừ vào sẽ bị đảo chiều so với tớn hiệu ngừ ra. ULN 2803 đệm đƣợc 8 đƣờng riờng biệt và nối trực tiếp đƣợc với 8 chõn của VĐK. Nguồn cấp <50V, dũng làm việc <500 mA.
+ Chức năng khối đệm dũng: Bự thờm dũng điện mà VĐK đƣa ra ngoài khụng đủ để cho rơ le làm việc.
+ Nguyờn lý hoạt động:
- Nếu cỏc chõn đầu vào I1 ữ I8 là mức 0 thỡ ngừ ra khụng tỏc dụng. - Nếu cỏc chõn đầu vào I1 ữ I8 là mức 1 thỡ ngừ ra ở mức 0.
2.3.7. Khối chấp hành
.
.
.
Hỡnh 2.10: Khối chấp hành.
+ Chức năng khối chấp hành: Đúng ngắt thiết bị điện. + Nguyờn lý hoạt động:
.
F tăng, hỳt nắp dẫn đế .
ảm xuố ếp điểm.
2.3.8. Khối hiển thị
Led 7 thanh đƣợc dựng nhiều trong cỏc mạch hiện thị thụng bỏo, hiện thị số, kớ tự đơn giản. led 7 thanh nú hiển thị đƣợc ra 16 kiếu kớ tự khỏc nhau từ: 0 đến 9 và từ A, B,C,D.
Led 7 thanh nú bao gồm 8 led đơn đƣợc ghộp với nhau, chung Anot hoặc là chung Catot, cú một chõn cấp nguồn và cú tỏm chõn đầu ra. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Để ghộp nối với led 7 thanh cú thể cú nhiều cỏch, nhƣng phải đảm bảo sao cú thể điều khiển tắt mở riờng từng đơn trong đú để tạo ra cỏc số và cỏc ký tự mong muốn. Cỏc ICs điều khiển đều khú khả năng sinh dũng kộm tức là dũng đầu ra của cỏc chõn ICs nhỏ hơn khả năng nuốt dũng. Do vậy, nếu ghộp nối trực tiếp cỏc ned với cỏc chõn cổng IC thỡ loại Anode chung là thớch hợp hơn cả. Cần phải chỳ ý dũng dồn về ICs quỏ mức chịu đƣợc thỡ cũng khụng đƣợc vỡ làm núng và chết ICs điều khiển.
Hỡnh 2.11: Khối hiển thị led đơn và led 7 thanh. + Chức năng khối hiển thị: Hiển thị tớn hiệu tại cổng P0, P2.
+ Nguyờn lý hoạt động: Anot của Led đơn và chõn Anot chung của led 7 thanh đƣợc nối +5V. Khi cú tớn hiệu õm sẽ làm cho led đơn sỏng lờn bỏo sự hoạt động của Rowle, led 7 thanh sẽ hiển thị chữ số 1, 2, 3, 4, 5 bỏo là nƣớc đang chảy.
2.4. TÍNH TOÁN CÁC LINH KIỆN TRấN MẠCH 2.4.1. Liệt kờ linh kiện 2.4.1. Liệt kờ linh kiện
- IC: AT89C51, LM7812, LM7805, ULN2803, PIC 1018SCL,Thạch
anh 11,0592 MHz.
- TỤ : 2000uf /16v, 1000uf /16v, 10uf/16v, 33p - Role 12VDC
- Nỳt nhấn
- Trở thanh 10k, led đơn, led 7 thanh, điện trở 220Ω, Diode 1N4007
2.4.2. Tớnh toỏn lựa chọn cỏc linh kiện
VĐK 8051 cú thể đƣợc thay thế bằng 8052 để tăng bộ nhớ ROM.
Chọn Led thu hồng ngoại: Ngoài PIC 1018SCL ra ta cú thể thay thế bằng TSOP1838 ( 1 VCC, 2 GND, 3 OUT ), TSOP1738 ( )
Chọn led đơn và giỏ trị điện trở:
Thụng số kĩ thuật: Vled = 1.9 - 2.2V, Iled= 15 - 25mA, nguồn cấp 5VDC Chọn điện ỏp trung bỡnh qua led là 2V, dũng trung bỡnh I = 15mA = 0.015A.
Cụng thức tớnh điện trở:
= =200Ω
2.5. SƠ ĐỒ NGUYấN Lí VÀ MẠCH IN
Sơ đồ nguyờn lý hệ thống bao gồm khối nguồn và main đƣợc thiết kế chi tiết trờn phần mềm Protel 99SE:
Sơ đồ mạch in đƣợc in chi tiết ở chế độ Gray Scale cú hiển thị cỏc đƣờng TopLayer, bottomLayer, TopOverLay, KeepOutLayer
Hỡnh 2.14: Ảnh khối nguồn.
2.7. NGUYấN Lí HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG
Khi bộ thu phỏt TCRT5000 nhận đƣợc tớn hiệu từ bờn ngoài vào và đƣa về cho ta một giỏ trị điện trở khi nú đƣợc kớch hoạt. Tớn hiệu đú sẽ đƣợc đƣa về bộ so sỏnh LM339 ở đõy giỏ trị điện trở đƣợc đƣa về giỏ trị điện ỏp, lỳc này LM339 sẽ so sỏnh với giỏ trị điện ỏp giữa đầu vào và đầu ra. Nếu muốn thay đổi điện ỏp để đƣa về điện ỏp chuẩn ta cú thể vặn biến trở tinh chỉnh. Đó cú tớn hiệu điện ỏp chuẩn, từ chõn số 2 của bộ so sỏnh sẽ đƣợc đƣa tới chõn số 1 của 74HC14 đổi tớn hiệu liờn tục thành tớn hiệu xung vuụng đƣa vào VĐK. Lỳc này 8051 nhận đƣợc tớn hiệu từ cống P1.0 sau đú 8051 sẽ thu nhận và chuyển vào thanh ghi A. Khi nhận đủ cỏc dữ liệu sẽ thực hiện so sỏnh với cỏc dữ liệu mà ngƣời viết chƣơng trỡnh nạp vào cho nú, chuỗi dữ liệu nào mà giống nhau sẽ đƣợc đƣa tớn hiệu ra cổng P0. Lỳc này tớn hiệu qua ULN2803 để tăng dũng để đủ cho rơ le làm việc. Rơle đúng mạch điện cấp nguồn cho van điện từ hoạt động nƣớc sẽ chảy là khi cú tớn hiệu đƣợc suất ra từ cổng P0 của VĐK. Nếu nhƣ khụng cú tớn hiệu suất ra từ cổng P0 thỡ rơle khụng ngắt, khụng hoạt động, ngắt nguồn điện cấp cho van điện từ nƣớc sẽ đúng lại. Cựng đồng thời lỳc đú LED 7 thanh sẻ hiển thị trong vũng 5s, nếu nhƣ vẫn cú tớn hiệu nú sẽ thực hiện đếm ngƣợc lại. Nếu bỏ tay ra nƣớc vẫn chảy trong vũng 5s sẽ tắt.
NHẬN XẫT
Mụ hỡnh phần cứng của hệ thống là tổng hợp của cỏc hệ thống nhỏ, mỗi thành phần cú chức năng riờng cú mối liờn kết logic chặt chẽ với độ chớnh xỏc cao. Tớn hiệu ngừ ra của khối chức năng này là tớn hiệu ngừ vào của khối kia.
Việc thiết kế trờn phần mềm Protel 99SE phải đảm bảo khả năng chống nhiễu tốt, độ thẩm mĩ và an toàn. Sau khi mụ hỡnh đó hoàn thành ta thực hiện viết chƣơng trỡnh điều khiển cho VĐK.
CHƢƠNG 3.
XÂY DỰNG CHƢƠNG TRèNH ĐIỀU KHIỂN CHO XẢ NƢỚC TỰ ĐỘNG DÙNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI
3.1. MỞ ĐẦU
Mỗi phần cứng nhất định phải cú chƣơng trỡnh phự hợp kốm theo, do đú
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});