Trường HSPKT HĐ ưng Yên Khoa iĐ ện- iĐ ện Tử Đồ án môn học
1.Mạch nguồn
a) Sơ đồ mạch điện :
b) Phân tích mạch điện :
- Mạch nguồn sử dụng biến áp hạ thế . Sơ cấp điện áp vào 220V , thứ cấp điện áp ra 12VAC .
- Sau chỉnh lưu sử dụng ổn áp bằng IC họ 78XX .( sử dụng IC 7805)
- Nguyên tắc hoạt động như sau:
Sau khi biến áp hạ thế xuống 12VAC tại thứ cấp được bộ chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ hình cầu chỉnh lưu về điện 1 chiều qua tụ lọc nguồn C1 làm san bằng biên độ giảm thành phần xoay chiều còn lại làm ảnh hưởng nhiễu đến nguồn .. Tại đầu ra 2 nguồn ta sử dụng 2 tụ lọc gạt bớt thành phần xoay chiều sau khi chỉnh lưu .Nguồn 5V cung cấp cho toàn bộ mạch điều khiển
2.Mạch tạo xung
a) Sơ đồ mạch:
Trường HSPKT HĐ ưng Yên Khoa iĐ ện- iĐ ện Tử Đồ án môn học
b) Nguyên lí hoạt động
Cấu tạo của NE555 gồm OP-amp so sánh điện áp, mạch lật và transistor để xả điện. Cấu tạo của IC đơn giản nhưng hoạt động tốt. Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành 3 phần. Cấu tạo này tạo nên điện áp chuẩn. Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương của Op-amp 1 và điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm của Op-amp 2. Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 VCC, chân S = [1] và FF được kích. Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 VCC, chân R của FF = [1] và FF được reset
Giải thích sự dao động:
Ký hiệu 0 là mức thấp bằng 0V, 1 là mức cao gần bằng VCC. Mạch FF là loại RS Flip- flop,
Khi S = [1] thì Q = [1] và = [ 0]. Sau đó, khi S = [0] thì Q = [1] và = [0]. Khi R = [1] thì = [1] và Q = [0].
Trường HSPKT HĐ ưng Yên Khoa iĐ ện- iĐ ện Tử Đồ án môn học
dẫn, cực C nối đất. Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp ở chân 6 không vượt quá V2. Do lối ra của Op-amp 2 ở mức 0, FF không reset.
Giai đoạn ngõ ra ở mức 1:
Khi bấm công tắc khởi động, chân 2 ở mức 0.
Vì điện áp ở chân 2 (V-) nhỏ hơn V1(V+), ngõ ra của Op-amp 1 ở mức 1 nên S = [1], Q = [1] và = [0]. Ngõ ra của IC ở mức 1.
Khi = [0], transistor tắt, tụ C tiếp tục nạp qua R, điện áp trên tụ tăng. Khi nhấn công tắc lần nữa Op-amp 1 có V- = [1] lớn hơn V+ nên ngõ ra của Op-amp 1 ở mức 0, S = [0], Q và
vẫn không đổi. Trong khi điện áp tụ C nhỏ hơn V2, FF vẫn giữ nguyên trạng thái đó.
Giai đoạn ngõ ra ở mức 0:
Khi tụ C nạp tiếp, Op-amp 2 có V+ lớn hơn V- = 2/3 VCC, R = [1] nên Q = [0] và = [1]. Ngõ ra của IC ở mức 0.
Vì = [1], transistor mở dẫn, Op-amp2 có V+ = [0] bé hơn V-, ngõ ra của Op-amp 2 ở mức 0. Vì vậy Q và không đổi giá trị, tụ C xả điện thông qua transistor.
Kết quả cuối cùng: Ngõ ra OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vuông, có chu kỳ ổn định
III- Mạch chia tần 80:10 tạo mã điều khiển đèn giao thông
Trường HSPKT HĐ ưng Yên Khoa iĐ ện- iĐ ện Tử Đồ án môn học
1. Sơ đồ mạch điện:
2. Nguyên lý hoạt động:
Nguyên lý hoạt độngcủa mạch chia tần 80:10
Từ bộ định thời NE555 sẽ tạo ra xung vuông, tác động vào chân 14(CK) của IC 2(74190) (đây cũng là IC đếm cho hàng đơn vị) Mục đích là cứ 80 xung vuông từ bộ định thời NE555 ta tạo ra được 8 xung ứng với 80s, để đưa vào mạch đèn giao thông. Tín hiệu QA, QB, QC, QD sẽ được đưa đến IC 3 (7432) trong đó có (QB or QA) or (QC or QD) đầu ra “ MW1” sẽ cho ra mức 0 khi QA= QB= QC= QD =0. Đồng thời lúc đó bộ đếm hàng đơn vị hiển thị số 0. Tín hiệu từ MW1 kích vào chân 1 của IC4(7493). Khi đó bộ đếm 8 hoạt động từ các chân 9,8,11 ta lấy được các tín hiệu QB, QC, QD cung cấp cho mạch đèn giao thông.
Trường HSPKT HĐ ưng Yên Khoa iĐ ện- iĐ ện Tử Đồ án môn học
IV- Thiết kế mạch điều khiển đèn
1. Một số quy ước:
Ta chia làm hai nhóm đèn (Đường I và đườngII) Đường I: XI , VI, ĐI .
Đường II: XII , VII, ĐII .
*Thời gian sáng của các đèn như sau:
ĐườngI Đường II
XI : 30s ĐII :40s
VI : 10s XII : 30s
ĐI : 40s VII : 10s
Từ bảng này ta thấy thời gian đi xe cơ giới bằng tổng thời gian của đèn xanh và đèn vàng V= 30 + 10 = 40 s.
Tổng số thời gian của các đèn ( xanh – vàng - đỏ) = 30 + 10 + 40 = 80 s.
Từ đó ta sử dụng bộ đếm 8 trạng thái để cấp tín hiệu điều khiển cho bộ điều khiển có bảng trạng thái như sau:
( Mỗi trạng thái 1 của đèn sẽ tương ứng với 10 s đèn sáng) Với những quy ước trên ta có bảng trạng thái sau:
QD QC QB XI VI ĐI XII VII ĐII 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0
Các đầu vào QB, QC ,QD được lấy từ đầu ra của mạch chia tần 80:10 tạo mã điều khiển đèn giao thông.
Ta có các bảng rút gọn của các đầu ra theo bảng karnough như sau. Ta có: XI = Σ 0,1,2 XII = Σ 4,5,6
Trường HSPKT HĐ ưng Yên Khoa iĐ ện- iĐ ện Tử Đồ án môn học VI = Σ 3 = BCD VII = Σ 7 = BCD ĐI =Σ 4,5,6,7 ĐII = Σ0,1,2,3 B DC 00 01 11 10 0 1 1 1 1 ⇒ XI = DB+CD=D(B+C) B DC 00 01 11 10 0 1 1 1 1 1 ⇒ ĐI = D B DC 00 01 11 10 0 1 1 1 1 ⇒ XII = DB+DC =D(B+C) B DC 00 01 11 10 0 1 1 1 1 1 ⇒ ĐII = D 2. Mạch điều khiển đèn
Trường HSPKT HĐ ưng Yên Khoa iĐ ện- iĐ ện Tử Đồ án môn học
Trường HSPKT HĐ ưng Yên Khoa iĐ ện- iĐ ện Tử Đồ án môn học
Trường HSPKT HĐ ưng Yên Khoa iĐ ện- iĐ ện Tử Đồ án môn học
4.Mạch đèn hiển thị thời gian làn đường II
Trường HSPKT HĐ ưng Yên Khoa iĐ ện- iĐ ện Tử Đồ án môn học
Trường HSPKT HĐ ưng Yên Khoa iĐ ện- iĐ ện Tử Đồ án môn học
Mặt trước của bo mạch
Trường HSPKT HĐ ưng Yên Khoa iĐ ện- iĐ ện Tử Đồ án môn học
Trường HSPKT HĐ ưng Yên Khoa iĐ ện- iĐ ện Tử Đồ án môn học
5. Nguyên lý hoạt động của mạch hiển thị thời gian sáng của đèn đường I và II:
Biết chu kì đèn sáng của mỗi đường là T = 80s. Trong đó: Xanh: 30s
Vàng: 10s Đỏ : 40s
Theo bảng trạng thái bộ điều khiển đèn (bảng 1)
Thời gian Đường I Đường II 30s đầu XI sáng, VI, ĐI tắt;, ĐII sáng, XII, VII tắt; 10s sau VI sáng, ĐI, XI tắt; ĐII sáng, XII, VII tắt 40s cuối ĐI sáng, XI, VI tắt XII sáng, ĐII, VII tắt Biết :IC10 (74192) là bộ đếm 3 (hàng chục). IC11 (74192) là bộ đếm 2 (hàng chục).
Khi XI sáng :( XI or VI) qua IC15 (7432) thì đầu ra tại chân 3 sẽ cho ra mức 1, cấp xung CLR cho IC10. Khi ấy chỉ có bộ đếm 2 hoạt động. Tín hiệu đếm lùi được lấy từ bộ chia xung, mà đầu ra “MW1” cấp vào chân 4 (Down) của IC10 và IC11. Khi đó chỉ có bộ đếm 2 hoạt động.
Hàng chục hiển thị số 2, hàng đơn vị hiển thị số 9 ⇒ Thời gian sáng của đèn XI là từ 29 ÷ 00 s.
Khi đèn XI tắt thì VI sáng:
+ ( XI or VI) qua IC15 thì đầu ra tại chân 3 sẽ cho ra mức 1, tạo xung CLR vào bộ đếm 2.
+( VI or ĐI) qua IC15 thì đầu ra tại chân 6 sẽ cho ra mức 1, tạo xung CLR vào bộ đếm 3.
Khi đó chỉ còn bộ đếm lùi của hàng đơn vị hoạt động ⇒ Thời gian sáng của VI là 9÷0s; Khi VI tắt thì ĐI tắt: (ĐI or VI) qua IC15 thì đầu ra tại chân 6 sẽ cho ra mức 1, tạo
Trường HSPKT HĐ ưng Yên Khoa iĐ ện- iĐ ện Tử Đồ án môn học
xung CLR vào bộ đếm 2. Lúc đó chỉ có IC10 hoạt động: Hàng chục hiển thị số 3, hàng đơn vị hiển thị số 9.
⇒ Thời gian sáng của ĐI là 39÷00s.
Khi ĐI tắt thì XI sáng. Chu kì sau này lặp lại tương tự chu kì trước.
Với đường II nguyên lý hoạt động tương tự đường I. Chỉ khác là trạng thái sáng, tắt giữa các đèn là đối lập nhau.
Mạch đèn hiển thị quyền được ưu tiên cho người đi bộ sang đường:
Quyền được di chuyển của người đi bộ ngược lại với quyền được di chuyển của xe cơ giới.Vì vậy ta chỉ cần đấu nối tín hiệu đèn xanh của người đi bộ với tín hiệu đèn đỏ của xe cơ giới, và tín hiệu đèn đỏ của người đi bộ với tín hiệu đèn xanh của xe cơ giới trên cùng một làn đường .
Ngoài ra mạch được thiết lập hai chế độ đèn ban ngày và ban đêm.Khi làm việc ở chế độ ban ngày , các đèn hoạt động sáng bình thường. Còn khi làm việc ở chế độ ban đêm, toàn bộ hệ thống sẽ bị cắt nguồn.Chỉ còn đèn vàng nháy theo xung nhịp đưa vào, báo hiệu cho người tham gia giao thông biết được điểm giao giữa ngã tư.
Trường HSPKT HĐ ưng Yên Khoa iĐ ện- iĐ ện Tử Đồ án môn học
Chương III- HƯỚNG MỞ RỘNG ĐỀ TÀI
1.Những khó khăn gặp phải khi thực hiện:
Yêu cầu của mạch điều khiển sử dụng toàn bộ IC số.Vì vậy việc tránh được xung nhiễu là vấn đề rất khó khăn để mạch có thể hoạt động được.
Một số nguyên nhân:
- Các mối hàn không được chặt, các đường mạch không được đều do quá trình thiết kế gia công mạch.
- Sử dụng nguồn 5V cho toàn bộ hệ thống bằng máy biến áp (qua chỉnh lưu và ổn áp nguồn).Tuy nhiên, xụt áp trên IC và led 7 thanh, dòng cung cấp của nguồn cho toàn bộ hệ thống không đủ ; do đó tín hiệu đèn điểu khiển có thể không chuyển trạng thái theo đúng trạng thái của bộ đếm, và các đèn led hiển thị sáng yếu.
Cách khắc phục : Nâng dòng cung cấp cho mạch bằng cách thay thế nguồn cung cấp . (sử dụng bộ nguồn một chiều của máy vi tính, lấy điện áp đầu ra là 5V).
2.Hướng mở rộng đề tài
Trên cơ sở thiết kế mạch điều khiển đèn giao thông ngã tư, chúng ta có thể mở rộng mô hình điều khiển với nhiều hướng khác như điều khiển khu giao nhau của nhiều làn đường.Đó cũng chỉ là việc liên kết các cột đèn tín hiệu.Tín hiệu cho phép được đi của làn đường này (đèn xanh) cùng lúc đó là tín hiệu dừng lại (đèn đỏ) của những làn đường khác không cùng chiều, hướng.
Ngoài ra ta cũng có thể thiết kế một bộ điền khiển đèn giao thông ưu tiên xe cơ giới, hoặc ưu tiên cho từng làn đường theo cùng chiều. Ưu tiên xe cơ giới so với người đi bộ nghĩa là : thời gian của xe cơ giới lớn hơn thời gian dành cho người đi bộ ( sử dụng bộ chia tần).
Trường HSPKT HĐ ưng Yên Khoa iĐ ện- iĐ ện Tử Đồ án môn học
Kết luận
Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu về đề tài, Thiết kế, chế tạo mô hình “điều
khiển đèn giao thông “dùng kỹ thuật số. Quá trình hoàn thành không thể tránh khỏi những
sự cố đã nêu trên.Cùng với sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy chúng em đã hoàn thành đề tài. Qua đây một phần nào cũng giúp bạn đọc được hiểu rõ về ứng dụng của kỹ thuật số
trong thực tế, đồng thời hiểu được những kiến thức cơ bản của kỹ thuật số và chức năng của các vi mạch. Trong những năm gần đây công nghệ vi điện tử phát triển rất mạnh mẽ sự ra đời các vi mạch với mọi kích thước, đa dạng về chức năng với giá thành giảm nhanh, khả năng lập trình ngày càng cao đã mang lại những thay đổi sâu sắc trong ngành kĩ thuật điện tử , mạch số ở những mức độ khác nhau đã và đang thâm nhập vào tất cả các thiết bị điện tử thông dụng và chuyên dụng. Vì vậy sự ra đời kỹ thuật số là cơ sở cho ngành kỹ thuật điện tử, kỹ thuật máy tính, tin học… cuốn thuyết minh này nhằm đáp ứng nhu cầu tiếp cận với vi mạch số mục đích ứng dụng trong thực tế.
Qua quá trình thiết kế, chế tạo không thể tránh khỏi những sai sót và khuyết điểm. Vì vậy chúng em rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và bạn đọc, từ đó chúng em có thể rút ra được những kinh nghiệm cho bản thân đồng thời tìm ra những nhược điểm của cuốn thuyết minh. Qua đó sẽ giúp quyển thuyết minh được hoàn chỉnh hơn, tối ưu hơn .
Trường HSPKT HĐ ưng Yên Khoa iĐ ện- iĐ ện Tử Đồ án môn học
Nhiệm vụ đồ án môn học Thiết kế và chế tạo mô hình diều khiển đèn giao thông .
1) Nội dung thuyết minh
Thuyết minh đề tài ( nêu được ý tưởng thiết kế, phương án thực hiện, cơ sở lý thuyết, quá trình thiết kế và thi công mạch, vận hành và điều khiển…)
Phải đảm bảo tính khả thi, hiệu quả kinh tế và khả năng ứng dụng.
Các bản vẽ thiết kế đầy đủ và chính xác.
Sản phẩm phải đảm bảo tính kĩ thuật, mỹ thuật và hoạt động tốt.
Khả năng đáp ứng linh hoạt, chính xác, hoàn thành đúng thời gian quy định.
Nêu được hướng phát triển và mở rộng đề tài
Trường HSPKT HĐ ưng Yên Khoa iĐ ện- iĐ ện Tử Đồ án môn học
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Mạch điện tử kỹ thuật số Phạm Ngọc Thái . 2. Kỹ thuật điện tử số Đặng Văn Chuyết . 3. Thiết kế mạch logíc Nguyễn Thuý Vân .
4. Khí cụ điện Nguyễn Xuân Phú – Tô Đằng . 5. Kỹ thuật số ứng dung.
6. Kỹ thuật số thực hành Huỳnh Đắc Thắng . 7. Kỹ thuật số Nguyễn Thuý Vân. 8. Kỹ Thuật điện tử Đỗ Xuân Thụ . Kỹ thuật mạch điện tử Phạm Minh Hà