BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG DÙNG IC SỐ - BTL KỸ THUẬT SỐ

Bộ thu quang có thể sử dụng Transistor quang, diode quang - Nguyên lí hoạt động của cảm biến quay như : sau tín hiệu quang từ bộ phát quang không bị cản nó vần truyền tới bộ thu giữ ng

LỜI MỞ ĐẦU

Lời nói đầu em xin chân thành cám ơn thầy giáo bộ môn kỹ thuật số

“Nguyễn vũ Linh” và các thầy cô trong bộ môn Đo lường điều khiển đã hướng dẫn chúng em hoàn thành xong đề tài này Do kiến thức còn hạn chế nên còn nhiều chỗ thiếu sót Vậy nên chúng em rất mong được sự góp ý của các thầy cô

đê đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn

HỆ THỐNG BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG

A – Tổng Quan Về Hệ Thống Bãi Đỗ Xe Tự Động

I, Giới thiệu về yêu cầu công nghệ và hướng giải quyết.

1, Yêu cầu công nghệ.

Bấm nút start, hệ thống hoạt động Khi có xe vào Barie ở cửa vào tự động được nâng lên Sau khi xe tiến vào trong bãi đỗ xe thì Barie tự động đóng lại

và màn hình sẽ hiển thị tăng lên một xe Ở cửa ra, khi xe ra thì Barie cửa ra

tự động mở, khi xe ra hết thì Barie tự động đóng lại Màn hình sẽ hiển thị giảm đi một xe Số lượng xe trong bãi luôn được hiển thị để người bảo vệ có thể giám sát được bãi đỗ xe Khi có xe vào màn hình tăng lên 1, khi có xe ra màn hình sẽ giảm đi 1 Khi bãi đỗ xe chưa đầy thì đèn xanh sáng Khi bãi đỗ

xe đã đầy thì đèn đỏ sáng và không cho mở cửa vào.

2) Phương hướng giải quyết

- Để phát hiện 1 xe vào hoặc ra chúng em dùng cảm biến quang để phát hiện ra.

- Để đóng mở Barie cho hệ thống chúng em sử dụng động cơ 1 chiều.

- Để đếm số lượng xe chúng em sử dụng hệ đếm IC74192 Khi mỗi xe đi qua cảm biến từ xẽ phát ra 1 xung về bộ đếm 74192 bộ đếm này sẽ sử lý thông tin

và đưa kết quả ra hiển thị trên 2 Led thanh.

3) Sơ đồ khối của hệ thống.

Bộ tín hiệu Bộ mã hóa Bộ giải mã Bộ hiển thị

Bộ 5V và 3V – 4.5V cho sáng lazer, ở đây ta dùng dòng 1 chiều , điện áp 5V cho toàn mạch nên khối nguồn này ta dùng máy biến áp, cầu chỉnh lưu

và IC7805 có tác dụng ổn định điện áp ra 5V.

a, Khối hạ áp

Ở đây chúng ta biến đổi điện áp lưới 220VAC – 50Hz xuống còn 24VAC – 3A Mục đích là cấp đầy vào cho bộ biến đổi và bộ lọc để có điện áp 1 chiều mong muốn.

b, Khối chỉnh lưu.

Thành phần chỉnh lưu là biến đổi tín hiệu xoay chiều thành tín hiệu 1 chiều thông qua 4 con diot chỉnh lưu Ta dùng thêm một tụ điện ở đầu ra của khối chỉnh lưu để sau phẳng điện áp một chiều đập mạch để điện áp ổn định hơn (Nếu tụ có điện dung càng lớn thì điện áp đầu ra càng bằng phẳng).

Đèn báo

hi u ệu

c, Khối ổn áp.

- Dòng họ 78xx cho ra nhiều loại ổn áp điện khác nhau : như 7805 ổn áp 5V.

- Điện áp đầu vào của họ 78xx là điện áp 1 chiều và max ≤ 40V.

- Dòng điện không vượt quá 1A.

- Dòng đỉnh 2,2A.

- Công suất tiêu tán cực đại có tản nhiệt là 15W.

- Tản nhiệt tốt cho 78xx, khi hoạt động với tải thì 78xx rất nóng, nếu không

để nóng quá sinh ra phá 78xx.

2, Khối tạo tín hiệu.

Có nhiệm vụ nhận tín hiệu, mã hóa tín hiệu thành tín hiệu xung, ở đây ta dùng cảm biến quang để nhận biết tín hiệu.

Bộ thu quang có thể sử dụng Transistor quang, diode quang

- Nguyên lí hoạt động của cảm biến quay như : sau tín hiệu quang từ bộ phát quang không bị cản nó vần truyền tới bộ thu giữ nguyên trạng thái ban đầu khi có vật cản đường truyền tín hiệu quang từ bộ phát tới bộ thu,

bộ thu sẽ chuyển trạng thái đầu ra.

- Hiện nay có rất nhiều loại cảm biến quang trên thị trường nhưng trong

đề tai này chúng em chọn cảm biến E3FN của hãng OMRON, số lượng 2 chiếc Cảm biến quang điện hình trụ có bộ khuếch đại giá thành thấp, chống nhiễu tốt bằng công nghệ photo-IC, gọn và tiết kiệm chỗ Bảo vệ chống ngắn mạch và nối ngược cực nguồn

- Các đặc tính kĩ thuật.

Phản xạ gương Ngõ ra N-P-N E3FN-P18KR12-WP-CD

Dòng tiêu thụ Tối đa 20mA

Nguồn sáng Led hồng ngoại

Thời gian đáp ứng Tối đa 10s

Mạch bảo vệ Bảo vệ nguồn phân cực ngược, bảo vệ ngắn mạnh

ngõ ra, bảo vệ ngược cực ngõ ra Kết nối Cáp nối sẵn

Khốigiải mã

A

D

C B

b c d e f g

5, Khối hiển thị Led 7 thanh.

- Đèn chỉ thị hoạt động bao gồm 7 diot phát quang hay 7 chỉ thị tinh thể lỏng (LCD)

Mỗi bit được thể hiện bằng 1 đoạn ánh sáng a,b,c,d,e,f,g.

- Có 2 loại chỉ thị 7 đoạn: Anot chung và Catot chung.

- Nhờ 7 đoạn sáng này ta có được 10 số thập phân từ 0 → 9.

- Giải mã BCD ra mã 7 đoạn:

Khi bộ hiển thị LED 7 đoạn được sử dụng rộng giải, 1 con IC với tên là

“Bộ giải mã BCD sang 7 đoạn” được phát triển nhằm đơn giản hóa việc

sử dụng Led 7 đoạn Dữ liệu định dạng kiểu nhị phân sau khi được IC xử

lí sẽ được hiển thị chính xác trên màn hình bằng dạng số tương ứng(0-9).

- Khối điều khiển có nhiệm vụ điều khiển các Barie ở cửa vào và cửa ra đóng và mở ra khi có xe đi tới tác động đến các cảm biến quang Trong khối này sử dụng động cơ 1 chiều kích từ độc lập kéo các Barie chuyển động lên xuống nhờ mạch điều khiển Trong mạch điều khiển sử dụng 4 công tắc hành trình để đóng ngắt điện vào các transistor, đóng hoặc mở Barie,ngoài ra còn có để đóng các barie và có 1 rơ le trung gian để ngắt điện ngăn không cho barie ở cửa vào mở ra khi bãi đỗ xe đã đầy chỗ.

B Thiết kế hệ thống.

I Sơ đồ nguyên lý của mỗi khối và tính toán chọn lọc linh kiện.

1 Khối nguồn.

 sơ đồ nguyên lý:

 Tính toán chọn lọc linh kiện:

 Máy biến áp: có nhiều loại máy biến áp khác nhau 220 VAC – 24 VAC – 3A hoặc 220 VAC – 12 VAC – 1A Trong đề tài này chúng em chọn loại

220 VAC – 24 VAC - 3A Để phù hợp với các loại linh kiện

 Cầu chỉnh lưu: Các IC ổn áp trong mạch nguồn này có IRa tối đa là 1A nên chọn diode 1N4007 hoặc 1N4004 vì Ithuận của diode này không được lớn hơn 1A Trong đề tài này chúng em chọn diode 1N4007

 Tụ lọc : loại 2200µF để san phẳng điện áp

 IC ổn áp : sử dụng IC 7805 để điện áp đầu ra cấp cho mạch là 5V

2 Khối thu phát tín hiệu.

 Lựa chọn linh kiện

 Led phát – thu chúng em chọn loại có 2 chân vì giá thành rẻ mà vẫn hiệu quả Led phát màu trắng, Led thu màu đen

 Sử dụng Tranzitor NPN 2N1711 như một khóa điện tử để đưa tín hiệu cho IC 7414

 Nguyên lý: ở trạng thái bình thường LED D2 thu ánh sáng hồng ngoại

từ Led D1 , điện trở trên led D2 giảm xuống bằng 0 Theo công thức

3 Khối điều khiển.

- Trong khối này chúng em sử dụng IC555 tạo xung đếm giây để đếm thời gian cho động cơ quay ngược

- Giới thiệu về IC555:

Các thông số cơ bản của IC 555 có trên thị trường :

+ Điện áp đầu vào : 2 - 18V ( Tùy từng loại của 555 : LM555, NE555,

NE7555 )

+ Dòng điện cung cấp : 6mA - 15mA

+ Điện áp logic ở mức cao : 0,5 - 15V

+ Điều chế được độ rộng xung (PWM)

+ Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng trong thu phát hồng ngoại)

Sơ đồ chân IC555:

+ Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi là

chân chung

+ Chân số 2(TRIGGER): Đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và

được dùng như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp.Mạch so sánh ở đây dùng các transitor PNP với mức điện áp chuẩn là 2/3Vcc

+ Chân số 3(OUTPUT): Chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic Trạng

thái của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1 1 ở đây là mức cao nó tươngứng với gần bằng Vcc nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đương với 0V nhưng

mà trong thực tế mức 0 này ko được 0V mà nó trong khoảng từ (0.35 ->0.75V)

+ Chân số 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái ra Khi chân số 4 nối

masse thì ngõ ra ở mức thấp Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo mức áp trên chân 2 và 6.Nhưng mà trong mạch để tạo được dao động thường hay nối chân này lên VCC

+ Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong

IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối GND Chân này có thể không nối cũng được nhưng mà để giảm trừ nhiễu người ta thường nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0,01uF đến 0,1uF các tụ này lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn được ổn định

+ Chân số 6(THRESHOLD) : là một trong những chân đầu vào so sánh điện

áp khác và cũng được dùng như 1 chân chốt

+ Chân số 7(DISCHAGER) : Có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịu

điều khiển bỡi tầng logic của chân 3 Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại Ngược lại thì nó mở ra Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC

555 dùng như 1 tầng dao động

+ Chân số 8 (Vcc): là chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động Nó được

cấp điện áp từ 2V >18V (Tùy từng loại 555 thấp nhất là con NE7555)

Công thức tính tần số điều chế độ rộng xung của 555:

Nhìn vào sơ đồ mạch trên ta có công thức tính tần số , độ rộng xung

+ Tần số của tín hiệu đầu ra là :

f = 1/[ln2.C1.(R1 + 2R2)]

+ Chu kì của tín hiệu đầu ra : T = 1/f = ln2.C1.(R1+2R2)

+ Thời gian xung ở mức H (1) trong một chu kì :

t1 = ln2 (R1 + R2).C1+ Thời gian xung ở mức L (0) trong 1 chu kì :

t2 = ln2.R2.C1

- Trong đề tài này chúng em chọn T = 1s, từ đó ta có các thông số :

C1 = 102uF, R1 = 10K, R2 = 2k

- Mạch điều khiển cho cho hệ thống:

Mạch điều khiển động cơ:

Nguyên lí hoạt động : ấn nút start, Hệ thống hoạt động Khi có xe tới cửa vào, cảm biến S1 ở cửa vào bị tác động, Barrie đang ở vị trí HT1 nên các

transistor T1 có điện, cấp điện cho động cơ, động cơ quay thuận kéo Barire lên, khi Barrie 1 mở tới khi chạm phải công tắc hành trình HT2 thì T1 bị cắt điện =>Barrie 1 dừng ở vị trí đấy, đồng thời IC555 có điện, tạo xung đếm giây Và khi

S1 bị tác động thì cũng có 1 xung đưa về bộ đếm Sau khi đếm đến 15s, các transistor N1 có điện, động cơ 1 quay ngược kéo Barrie 1 xuống.

Tương tự đối với cửa ra : khi xe ra, cảm biến S2 ở cửa bị tác động, các transistor T2 có điện, động cơ 2 quay thuận kéo Barrie 2 lên, khi gặp HT4 thì cuộn T2 mất điện động cơ dừng Đồng thời có 1 xung đưa về bộ đếm, bộ hiển thị giảm đi 1 Cũng khi đấy IC555 có điện và sau khoảng thời gian 10s, các transistor N2 có điện, động cơ quay ngược kéo Barrie 2 xuống Khi bãi đỗ xe chưa đầy thì đèn xanh sáng Nếu bãi đỗ xe đầy, bộ đếm tới giá trị đặt trước thì đèn đỏ sẽ sáng và tiếp điểm thường đóng C sẽ mở ra khống chế để không mở Barrie 1 khi có xe vào

4: Khối mã hóa

*Lựa chọn linh kiện:

+ Cổng NOT là cổng logic có 1 ngõ vào và 1 ngõ ra là y = ´x

*IC Mã Hóa - Đếm: Trong đề tài này chúng em sử dụng 2LED thanh đểhiển thị số xe trong bãi từ 00 99.

Khi có xung vào thì LED tăng lên hay giảm đi 1 và luôn phải giữ đượctrạng thái hiện tại cho đến khi có xung tiếp theo vào Vì vậy, chúng em sử dụng

bộ đếm, bởi nó có khả năng nhớ được xung đến cửa vào Vậy bộ đếm nó phảiđược tạo từ mạch lật (mạch F-F)

Có nhiều loại bộ đếm nhưng theo yêu cầu đề tài chúng em sử dụng 2 bộđếm thập phân dị bộ Bởi bộ đếm này khi có xung vào đếm thì chỉ cấp xung cho

1 mạch lật đầu tiên, các mạch lật sau hoạt động theo tín hiệu của mạch lật trước

và bộ đếm có cửa ra nhớ C khi đếm thuận, cửa ra nhớ B khi đếm ngược, chuyển

số nhớ lên hàng thập phân cao hơn Các cửa ra Q hoặc Q’ của mạch lật qua bộgiải mã sẽ được 1 chữ số thập phân

- Mỗi bộ đếm thập phân đều sử dụng 4 mạch lật nhưng chỉ dùng hết 10trạng thái, từ 0000 đến 1001 qua bộ giải mã nó sẽ hiển thị số từ 0  9

- Khi thực hiện đến thuận:

Ta có bảng trạng thái khi đếm thuận như sau:

Bảng trạng thái khi đếm ngược:

TT Q4n Q3n Q2n Q1n Q4n+ 1 Q3n+ 2 Q2n+ 3 Q1n+ 4 B

cá nhân cài sẵn, tính lên và đếm xuống hoạt động.

A,B,C,D : Các đầu vào đặt trước dữ liệu

QA,QB,QC,QD: Các đầu ra nhị phân của bộ đếm BCD

PL : Đầu vào cho phép đặt dữ liệu hoạt động ở mức tích cực thấp

MR :Đầu vào xóa dữ liệu ở đầu ra về 0000, hoạt động ở mức tích cực cao.CPU,CPD :Đầu vào cho phép đếm thuận,đếm nghịch

TCU,TCD :Tín hiệu ra của bộ đếm thuận đếm nghịch

- Cấu trúc bên trong:

- Khi MR ở mức cao lối ra nhị phân sẽ reset về mức thấp.

- Khi chân MR ở mức thấp bộ đếm có thể thực hiện các chức năng sau:

+ Nếu chân PL ở mức thấp thì bộ đếm đặt dữ liệu cho các lối QA,QB,QC,QDbằng chính dữ liệu của lối vào A,B,C,D

+ Nếu chân CPU có xung vuông tác động vào, đồng thời các chân CPvà PL ởdưới mức cao thì bộ đếm thực hiện đếm tiến, khi đếm đến 9 nó lại quay lại trạngthái không ban đầu, lúc này chân TCU từ mức thấp chuyển sang mức cao và lậplại một chu kì mới

+ Nếu chân CPD có xung vuông tác động vào đồng thời các chân CPU và PL

ở mức cao thì bộ đếm thực hiện đếm lùi,khi đếm đến o nó lại quay về trạng thái

9, lúc này chân TCU từ mức thấp chuyển sang mức cao và lập lại 1 chu kì mới

5 Khối giải mã và hiển thị

- Để hiển thị được tín hiệu trên LED 7 thanh khi tín hiệu đã được mã hóa qua

bộ đếm 74192 có 4 bit ra thì ta phải giải mã tín hiệu này

- Điều khiển hiển thị LED 7 thanh mắc catot chung:

Tối thiểu hóa bảng Cac-nô ta ta được :

- Do sử dụng led 7 thanh mắc catot chung nên phải sử dụng loại IC giải mã

+ cửa chốt dữ liệu vào :LE

+cửa điều khiển nhấp nháy : BI

+ cửa thử hiển thị : LI

+cấp nguồn dung : VDD

+ nối nguồn :VSS

- Bộhiển thị là 2 LED 7 thanh được nối đất vì nó mắc theo catot chung, nhận tín hiệu từ bộ giải mã và hiển thị số đếm.

6 Khối so sánh

- Trong đề tài chúng em quy định số xe trong bãi lớn nhất là 99 nên chúng em sẽ sử dụng IC74ls85 có chức năng so sánh các mã nhị phân ở đầu ra của bộ đếm, khi đến 99 thì đèn đỏ sẽ sáng báo bãi đầy xe Trong khối so sánh này ta sử dụng thêm 1 con IC 7408 có tích hợp các cổng AND

- IC 74ls185:

+ Sơ đồ logic:

Sơ đồ nối chân:

+ A0,A1,A2,A3 : các đầu vào so sánh

+ B0,B1,B2,B3 : Cho phép đặt trước giá trị cần so sánh

+ QA<B, QA=B, QA>C : Các đầu ra của bộ so sánh

- Trong đề tài chúng em đặt ở các đầu vào B0, B1, B2, B3 giá trị lần lượt là

1001, lấy đầu ra ở chân 6, các đầu ra của IC74ls85 tổ hợp lại với nhau qua IC7408 (tích hợp cổng AND) Khi số xe vào là 99 thì ở đầu ra của IC74ls85 sẽ

ở mức cao, qua IC7408 đến transistor T và qua IC7414 (tích hợp cổng Not) đến transistor T’ khi đấy thì transistor T thông, đèn đỏ sáng và Transistor T’ ngắt, đèn xanh tắt.

7 Sơ đồ nguyên lý và nguyên tắc hoạt động của toàn mạch

sẽ không hiển thị trên LED 7 thanh

+ Khi có xe đến cửa vào, cảm biến tác động, rơ le điện từ có điện đóng tiếp điểm, các transistor T1 có điện, động cơ DC1 quay thuận đồng thời phát xung vào bộ đếm, tăng lên 1 xe Khi động cơ kéo barie đập vào công tắc HT2 thì động cơ ngừng quay thuận và IC 555 có điện, tạo xung đếm giây Khi đến giây thứ 15 thì các transistor N1 có điện, động cơ quay ngược khi động cơ quay

kéo barie chạm vào công tắc HT1, động cơ ngừng quay ngược và chân 4 của IC555 ở mức thấp, reset bộ đếm giây về 0.

+ Khi có xe đến cửa ra, cảm biến tác động, rơ le điện từ có điện đóng tiếp điểm,các transistor T2 có điện, động cơ DC2 quay thuận Đồng thời phát xung vào bộđếm, giảm đi 1 xe Khi động cơ kéo barie đập vào công tắc HT4 thì động cơ ngừng quay thuận và IC 555 có điện, tạo xung đếm giây Khi đến giây thứ 10 thì các transistor N2 có điện, động cơ quay ngược Khi động cơ quay kéo barie chạm vào công tắc HT3, động cơ ngừng quay ngược và chân 4 của IC555 ở mức thấp, reset bộ đếm giây về 0

+ Khi số xe vào trong bãi là 99, tức bộ đếm đếm tới 99 thì sẽ có tín hiệu ra ở đầu của IC7808, khuếch đại dòng điện qua transistor 2N1711, cuộn dây của rơle

có điện hút tiếp điểm thường mở đóng lại, khi đó đèn đỏ sẽ sáng và đèn xanh sẽ tắt, đồng thời nguồn cấp vào cảm biến bị ngắt mất, khống chế không mở Barie ởcửa vào khi có xe khác đến tác động vào cảm biến

TỔNG KẾT.

Trong đề tài chúng em vừa thiết kế 1 bãi đỗ xe theo yêu cầu công nghệ được giao Vậy trong hệ thống bãi đỗ xe tự động của chúng em bao gồm:

+ 1 Máy biến áp, 1IC 7805, diode, tụ điện, điện trở

+ 2 động cơ 1 chiều, 2 rơ le trung gian, 4 công tắc hành trình, 2 đèn báo

+ 2 Cảm biến quang E3FN, Transistor 2N1711

+ 6 IC 74192, 6 IC 74LS85, IC 7414, IC 7408, 6 IC 4511, 6 led 7 thanh

<The end>