đồ án chế tạo mô hình cầu thang cuốn Doãn Trung Quân

đồ án chế tạo mô hình cấu thang cuốn Doãn Trung Quân, đồ án chế tạo mô hình cấu thang cuốn Doãn Trung Quân, đồ án chế tạo mô hình cấu thang cuốn Doãn Trung Quân, đồ án chế tạo mô hình cấu thang cuốn Doãn Trung Quân, đồ án chế tạo mô hình cấu thang cuốn Doãn Trung Quân, đồ án chế tạo mô hình cấu thang cuốn Doãn Trung Quân, đồ án chế tạo mô hình cấu thang cuốn Doãn Trung Quân, đồ án chế tạo mô hình cấu thang cuốn Doãn Trung Quân, đồ án chế tạo mô hình cấu thang cuốn Doãn Trung Quân

PHẦN I TÌM HIỂU CHUNG VỀ CẦU THANG CUỐN

1.1.Tìm hiểu chung về thang cuốn trong thực tế

1.1.1 Sơ lược về thang cuốn

Trong các siêu thị - khu vui chơi giải trí, các công trình thấp tầng nhưng diệntích rộng đông người đi lại Phương tiện đi lại lúc này được chọn chủ yếu là thangcuốn Một loại phương tiện di chuyển đơn giản thông thoáng và lưu lượng ngườirất đông cỡ 9000người / giờ

Về cơ bản, thang cuốn là 1 thang máy tự chuyển động, mỗi một bậc thang củathang cuốn được nối với bậc thang tiếp theo bằng 2 xích lăn rất nặng, vì vậy nấcthang có thể đi lên phiá trên một cách dễ dàng

Mỗi bậc thang đều lắp trục, trục này có bánh xe hoặc con lăn, những bánh xe

đó đăt trên một mặt dây xích kim loại, mặt ngoài xích này có bọc 1 giá kim loại

Ở mỗi đầu thang cuốn bậc thang đều nằm ngang như vậy người đi thang cóthể dễ dàng bước lên bước xuống thang Khi các bậc thang chuyển động lên, xuốngthì chúng tự giương lên trông giống như các bậc thang thông thường khi bậc thang

di chuyển tới điểm cao nhất hoặc thấp nhất nó tự động chuyển về vị trí nằm ngang

Dưới sàn gầm nhà ở đỉnh đầu thang cuốn có một số bánh xe răng hệt như bánhrăng ở lip xe đạp

Các răng của bánh răng ăn vào vòng xích của xích lăn và kéo nó chuyển độngquay vòng, qua đó kéo các bậc thang chạy theo quỹ đạo Bánh răng ở đỉnh đầuthang cuốn được dẫn động bằng một động cơ đến đặt dưới gầm sàn nhà

Xích lăn trượt trên các con lăn lắp ở dưới thang cuốn, những con lăn nàyhướng dẫn xích lăn chạy theo một quỹ đạo chính xác và kéo căng xích này.

Hai bên thang cuốn có lắp rào bảo vệ đề phòng người đi thang rơi khỏi thang.Trên đỉnh hàng rào có tay vịn là một mặt dây cao su hoặc kim loại nối hai đầuthành vòng kín cùng chuyển động với bậc thang Người đi thang vịn vào đó để giữuthăng bằng

Thang cuốn đầu tiên trên thế giới được cấp bằng sáng chế tại Mỹ năm 1859,nhưng lúc đó thang cuốn chưa được sản xuất hàng loạt để bán Năm 1891, mới chếtạo thành công nhiều thang cuốn tự động có giá trị thực dụng Thang cuốn hiện đạingày nay thường làm có hai chiều lên xuống

Hình1.1: thang cuốn với 2 chiều lên xuống

1.1.2 Bản vẽ thang cuốn

Hình 1.2 Bản vẽ cầu thang cuốn 1.2 Cấu tạo thang cuốn

1.2.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của thang cuốn

 Cấu tạo thang cuốn

Hình 1.3 Cấu trúc thang cuốn

 Cấu Tạo :

1 Thiết bị an toàn cho xích dẫn động bậc thang

2 Cảm biến

3 Thiết bị an toàn răng lược

4 Thiết bị bảo vệ dọc lối đi

5 Xích dẫn động

6 Tay vịn

7 Bánh răng động cơ

8 Thiết bị kiểm tra tốc độ

9 Thiết bị an toàn cho xích truyền động

10.Thiết bị bảo vệ quá tải

11.Thiết bị bảo vệ sự chuyển động của bậc bước

 Chế độ bằng tay

Ở thang cuốn có bảng điều khiển khi muốn cho thang chạy ta ấn nút start.khimuốn thang chạy lên hoặc xuống ta sẽ ấn nút Up hoặc Dow trên bảng điều khiển.muốn dừng thang ta ấn stop

Khi có trường hợp khẩn cấp ta có thể ấn nút dừng khẩn cấp được bố trí trên thang

1.2.2 Động cơ thang cuốn

Ở cầu thang cuốn người ta thường sử dụng động cơ điện xoay chiều ba phakhông đồng bộ có lắp thêm bánh răng để truyền động cho thang

 Cấu tạo động cơ điện ba pha

Hình 1.4 Cấu tạo động cơ điện xoay chiều ba pha

 Dây quấn stator

Dây quấn stator thường được làm bằng dây đồng có bọc cách điện vàđặt trong các rãnh của lõi thép

1.2.2.2 Roto ( phần quay )

Roto là phần quay gồm lõi thép, dây quấn và trục máy

1.2.3 Nguyên lý làm việc

Khi có dòng điện ba pha chạy trong dây quấn sator thì khe hở không khíxuất hiện từ trường quay với tốc độ n1 = 60f1/p ( f1 : tần số lưới điện ; p : số đôicực ; n1 : tốc độ từ trường quay bậc 1 ), từ trường này quét qua dây quấn nhiềupha tự ngắn mạch đặt trên lõi sắt roto làm cảm ứng trên dây quấn roto sức điệnđộng E2 Do roto kín mạch lên trong dây quấn roto có dòng điện I2 chạy qua

Từ thông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stator hợp thành 1 từthông tổng ở khe hở Dòng điện trong dây quấn roto tác dụng với từ thông ở khe

hở tạo ra momen làm cho rotor quay với tốc độ n

Hệ số trượt S :

s= n 1−n

n 1 =

Ω1−Ω Ω1

1.3 Cảm biến trong thang cuốn

Hiện nay, có rất nhiều chủng loại cảm biến nhưng ứng dụng trong cầuthang cuốn người ta thường dùng nhất là cảm biến phát hiện vật thể nhiệtchuyển động PIR(Pasive Infrared Sensor)

1.3.1.Cấu tạo

Bộ cảm biến thụ động dùng nguồn kích thích là tia hồng ngoại Tia hồngngoại ( IR) chính là các tia nhiệt phát ra từ các vật thể nóng trong cơ thể

sống Trong chúng ta luôn có thân nhiệt thông thường là 370C, từ cơ thểchúng ta luôn phát ra tia nhiệt hay là các tia hồng ngoại Người ta sẽ dùngmột tế bào điện để chuyển đổi tia nhiệt ra dạng tín hiệu điện và nhờ đó mà cóthể làm ra cảm biến phát hiện ra các vật thể nóng đang chuyển động Cảmbiến này gọi là thụ động vì nó không dùng nguồn nhiệt tự phát (làm nguồntích cực hay chủ động) mà chỉ phụ thuộc vào các nguồn toả nhiệt, đó là thânnhiệt của các thực thể khác như con người…

1.3.2.Cấu trúc của cảm biến PIR D283B

Đầu dò PIR, loại bên trong gắn 2 cảm biến tia nhiệt, nó có 3 chân ra, 1chân nối với masse, 1 chân nối với nguồn DC Mức điện áp làm việc có thể

từ 3V - 5V, góc dò lớn Để tăng độ nhạy cho đầu dò, dùng kính Fresnel thiết

kế cho loại đèn có 2 cảm biến, góc dò lớn, tác dụng ngăn tia tử ngoại

1.3.3.Nguyên lý làm việc

Các nguồn nhiệt (với người và con vật) là nguồn thân nhiệt phát ra tia hồngngoại, qua kính Fresnel, qua kính lọc lấy tia hồng ngoại, nó được cho tiêu thụtrên 2 cảm biến hồng ngoại gắn trong đầu dò và tạo ra điện áp được khuếchđại với Transistor FET Khi có một vật nóng đi ngang qua, từ 2 cảm biến này

sẽ cho xuất hiện 2 tín hiệu và tín hiệu này sẽ được khuếch đại để có biên độ

đủ cao và đưa vào mạch so áp để tác động đến thiết bị điều khiển

Hình vẽ cho thấy 2 vùng cảm ứng nhạy cảm tương ứng với 2 cảm biếntrong đầu dò.

Khi có 1 vật (có thân nhiệt) đi ngang qua, vật sẽ phát ra tia nhiệt và được tiêuthụ mạnh với kính Fresnel và rồi tiêu thụ trên bia là cảm biến hồng ngoại,xuất hiện tín hiệu đưa vào mạch xử lý

 Tia nhiệt: là dạng năng lượng tạo ra từ các xao động của các phân tử Đó làcác chuyển động hỗn loạn, không trật tự Từ các xao động này, nó phát racác tia nhiệt Bằng cảm giác thong thường của giác quan con người chúng tanói rằng đó là sức nóng Ở con người than nhiệt thường được điều ổn ở mức

370C, đó là nguồn nhiệt mà ai cũng có

PHẦN II NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH THANG CUỐN

Trong mô hình cầu thang cuốn của chúng em gồm có các modul chính là :

Khối cảm biến

Linh kiện chính là một cặp led thu phát hồng ngoạilàm nhiệm vụ nhận biết khi có vật chắn qua

Khối vi điều khiển

Mạch chứa vi điều khiển AT89S52 Vi điều khiển

có nhiệm vụ thu thập và xử lý dữ liệu từ mạch cảmbiến và xuất dữ liệu để điều khiển động cơ

Khối công suất

Nhận tín hiệu điều khiển từ vi điều khiển để điềukhiển động cơ

Khối tạo dao động Tạo dao động cho vi điều khiển

Hình 2.1 Cấu trúc chung của mạch phần cứng

2.1 Modul mạch điều khiển

Tín hiệu từ cảm biến truyền về trung tâm xử lý, sau đó truyền tín hiệu làmđiều kiện điều khiển động cơ Modul bao gồm mạch nguồn, Ic vi xử lý AT89S52

và một số linh kiện phụ trợ khác

2.1.1.Tìm hiểu về IC AT89C51

2.1.1.1 Giới thiệu chung về IC 89C51

Năm 1980 INTEL tung ra chip 8051 bộ vi điều khiển đầu tiên của họMCS – 51 và là chuẩn công nghệ cho nhiều họ vi điều khiển được sản xuất saunày

Bộ vi điều khiển đầu tiên của dòng vi điều khiển MCS – 51 bao gồm :

 4KB ROM

 128 byte RAM

 32 đường xuất nhập

Mạch vi điều khiển (AT89C51)

Khối cảm

biến

Khối nguồn

Khối tạo

dao động

Khối công suất

Động

cơ lên

Động cơ xuống

 1port nối tiếp và 2 bộ định thời 16 bit.

Tiếp theo đó là sự ra đời của chip 8052, 8053, 8055 với nhiều chức năngđược cải tiến

Hiện nay, INTEL không còn cung cáp các loại vi điều khiển họ MCS – 51nữa, thay vào đó các nhà sản xuất như Atmel, Philips, AMD, Siemens,…đượccấp phép làm nhà cung cấp thứ hai cho các chip họ MSC – 51

Chíp vi điều khiển được sử dụng rộng rãi cũng như ở Việt Nam hiện nay làcủa hãng Atmel Các mã số chip được thay đổi chút ít khi được Atmel sản xuất,

mã số 80 chuyển thành 89 với tính năng tương tự như nhau

2.1.1.2 Sơ đồ khối 89C51

Hình 2.2 Sơ đồ khối 89C51

2.1.1.3 Sơ đồ chân của 89C51

Hình 2.3 Sơ đồ chân 89C51 2.1.1.3.1 Chức năng các chân của 89C51

89C51 có tất cả 40 chân có chức năng như các đường xuất nhập Trong đó có

24 chân có tác dụng kép (có nghĩa 1 chân có 2 chức năng), mỗi đường có thể hoạtđộng như đường xuất nhập hoặc như đường điều khiển hoặc là thành phần của cácbus dữ liệu và bus địa chỉ

a Các Port:

Port 0: là port có 2 chức năng ở các chân 32 – 39 của 89C51 Trong các thiết

kế cỡ nhỡ không dùng hộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường I/O Đốivới các thiết kế cỡ lớn có bộ nhớ mở rộng, nó được kết hợp giữa bus địa chỉ và bus

dữ liệu

Port 1: là port I/O trên các chân 1 – 8 Các chân được ký hiệu P1.0, P1.2, cóthể dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngoài nếu cần Port 1 không có chức năngkhác, vì vậy chúng chỉ được dùng cho giao tiếp với các thiết bị bên ngoài

Port 2: là 1 port có tác dùng kép trên các chân 21 – 28 được dùng như cácđường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết bị dùng bộ nhớ

mở rộng

Port 3: Port 3 là port có tác dụng kép trên các chân 10-17 Các chân của portnày có nhiều chức năng, các công dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặc tính đặcbiệt của 89C51 như ở bảng sau:

P3.0 RXT Ngõ vào dữ liệu nối tiếp

P3.1 TXD Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp

P3.2 INT0\ Ngõ vào ngắt 0

P3.3 INT1\ Ngõ vào ngắt 1

P3.6 WR\ Tín hiệu ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài

P3.7 RD\ Tín hiệu đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

b Các ngõ tín hiệu điều khiển:

* Ngõ tín hiệu PSEN (Program store enable):

PSEN là tín hiệu ngõ ra ở chân 29 có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chươngtrình mở rộng thường được nói đến chân 0E\ (output enable) của EPROM cho phépđọc các byte mã lệnh

PSEN ở mức thấp trong thời gian Microcontroller 89C51 lấy lệnh Các mãlệnh của chương trình được đọc từ EPROM qua bus dữ liệu và được chốt vào thanhghi lệnh bên trong 89C51 để giải mã lệnh Khi 89C51 thi hành chương trình trongROM nội PSEN sẽ ở mức logic 1

Khi 89C51 truy xuất bộ nhớ bên ngoài, port 0 có chức năng là bus địa chỉ vàbus dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ Tín hiệu ra ALE ở chânthứ 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và dữ liệu khikết nói chúng với IC chốt

Tín hiệu ra ở chân ALE là một xung trong khoảng thời gian port 0 đóng vaitrò là địa chỉ thấp nên chốt địa chỉ hoàn toàn tự động

* Ngõ tín hiệu EA\ (External Acces):

Tín hiệu vào /EA ở chân 31 thường được mắc lên nguồn Nếu ở mức 1, 89C51thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp 8 Kbyte Nếu ở mức

0, 89C51 sẽ thi hành chương trình từ bộ nhớ mở rộng Chân /EA được lấy làm châncấp nguồn 21V khi lập trình cho EPROM trong 89C51

* Ngõ tín hiệu RST (Reset): Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reser của 89C51.Khi ngõ vào tín hiệu này đưa lên cao ít nhất là 2 chu kỳ máy, các thanh ghi bêntrong được nập những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống Khi cấp điện mạch

tự động Restet

* Các ngõ vào bộ giao động X1, X2:

Bộ dao động được tích hợp bene trong 89C51, khi sử dụng 89C51 người thiết

kế chỉ cần kết nối thêm thạch anh và các tụ như hình vẽ trong sơ đồ Tần số thạchanh thường sử dụng cho 89C51 là 12 Mhz

* Chân 40 (Vcc) được nổi lên nguồn 5V

2.1.1.3.2 Tổ chức bộ nhớ

Bảng tóm tắt các vùng nhớ 89C51

RAM bên trong 89C51 được phân chia như sau :

 Các Bank thanh ghi có địa chỉ từ 00H đến 1FH.

 RAM địa chỉ hóa từng bit có địa chỉ từ 20H đến 2FH

 RAM đa dụng từ 30H đến 7FH

 Các thanh ghi chức năng từ 80H đến FFH

Bộ nhớ trong 89C51 bao gồm ROM và RAM RAM trong 89C51 bao gồmnhiều thành phần: phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ địa chỉ hóa từng bit, các bankthanh ghi và các thanh ghi chức năng đặc biệt

89C51 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard: có những vùng bộ nhớ riêng biệt chochương trình và dữ liệu Chương trình và dữ liệu có thể chứa bên trong 89C51nhưng 89C51 vẫn có thể kết nối với 64K byte bộ nhớ chương trình và 64K byte dữliệu

2.1.1.3.3 Hoạt động reset

89C51 có ngõ vào reset RST tác động ở mức cao trong khoảng thời gian 2 chu

kỳ sau đó xuống mức thấp để 89C51 bắt đầu làm việc Có 2 chế độ reset là:

a Reset tự động

Mạch autoreset thường được dung để xác định trạng thái đầu tiên củamạch ngay khi vừa cấp nguồn để mạch luôn hoạt động theo đúng yêu cầuthiết kế

Khi chưa cấp nguồn điện áp trên tụ bằng 0V, nên khi vừa cấp điện tụnạp từ 0V -> Vcc, do đó khi cấp điện thì điện áp đưa vào chân Reset là Vcc,nên mạch tự động hệ thống

b Reset bằng tay

Thường trong hệ thống rất cần động tác Reset khi mạch đang hoạt động, do

đó chỉ có mạch Reset khi vừa bật máy là chưa đủ Việc thiết kế mạch Reset bằngtay rất đơn giản chỉ việc thêm vào mạch Reset tự động một SW và điện trở nhưhình Nguyên lý mạch giống như mạch Reset tự động

- Trang thái của tất cả các thanh ghi trong 89C51 sau khi reset hệ thống :

Các thanh ghi định thời 00H

bị thay đổi bởi tác động của ngõ vào reset

Tạo xung nhịp dao động cho vi điều khiển, sử dụng thạch anh tần số 12MHz

2.2 Modul mạch công suất

Rơle nhận tín hiệu từ modul điều khiển tác động để đóng hoặc ngắt động cơ

2.2.1 Rơle

Rơle là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tínhiệu đầu vào đạt những giá trị xác định Rơle là thiết bị điện dùng để đóng cắtmạch điện điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện động lực

a cấu tạo

Cấu tạo rơle gồm 4 phần như sau :

 Nam châm điện

 Lõi sắt

 Lò xo

 Các tiếp điểm

b Đặc tính vào ra của rơle.

c Một số loại rơle.

 Rơle thời gian

 Rơle trung gian

 Rơle dòng điện

 Rơle điện áp

 Rơle cực đại

 Rơle cực tiểu

2.2.2 Tìm hiểu động cơ điện một chiều

Cấu tạo của động cơ điện một chiều gồm 2 phần chính là phần tĩnh

 Phần tĩnh

 Cực từ chính :

Cực từ chính là phần sinh ra từ trường gồm có lõi sắt và cuộn dây : Lõi sắtcực từ được làm từ các lá thép kỹ thuật hoặc thép cacbon dầy : 0,5 1 mm được éplại với nhau và tán chặt thành một khối các cực từ được gắn vào vỏ máy bằng cácbulông Một cặp cực từ (đôi cực) gồm hai cực nam - bắc đặt đối xứng với nhau quatrục động cơ, tuỳ theo động cơ mà động cơ có thể có 1,2,3, các máy điện nhỏ cực

từ được làm bằng thép khối Dây quấn kích từ làm bằng dây đồng có tiết diện trònhoặc chữ nhật được sơn cách điện và được quấn thành từng cuộn Các cuộn dâyđược mắc nối tiếp với nhau Các cuộn dây được bọc cách điện cẩn thận trước khiđặt vào các cực từ

 Cực từ phụ:

Cực từ phụ được đặt giữa các cực từ chính để cải thiện tình trạng đổi chiều.Cực từ phụ được làm bằng thép khối trên đặt các cuộn dây quấn Dây quấn cực từphụ tương tự như dây quấn cực từ chính

 Gông từ

Gông từ là phần nối tiếp các cực từ Đồng thời gông từ làm vỏ máy , từthông móc vòng qua các cuộn dây và khép kín sẽ chạy trong mạch từ Trong máy

điện lớn gông từ làm bằng thép đúc, trong các máy điện nhỏ gông từ làm bằng thép

lá được uốn lại thành hình trụ tròn rồi hàn

 Các bộ phận khác

Nắp máy : Nắp máy dùng để bảo vệ các chi tiết của máy tránh không cho

các vật bên ngoài rơi vào trong máy có thể làm hỏng cuộn dây, mạch từ Đồngthời nắp máy để cách ly người sử dụng với bộ phận của máy khi động cơ đangquay, đang có điện Ngoài ra nắp máy còn là giá đỡ ổ bi của trục động cơ

Cơ cấu chổi than : Cơ cấu chổi than để đưa dòng điện từ ngoài vào

nếu máy là động cơ và đưa dòng điện ra nếu máy là phát điện Cơ cấu chổithan gồm có 2 chổi than làm từ than cacbon thường là hình chữ nhật Haichổi than được đựng trong hộp chổi than và luôn tỳ lên hai vành góp nhờ 2 lò

xo Hộp chổi than có thể thay đổi được vị trí sao cho phù hợp

 Phần quay

 Lõi sắt phần ứng

Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ, thường được làm bằng tôn Silic dầy 0,5mm

có phủ một lớp cách điện sau đó được ép lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáyPhucô gây lên Trên các lá thép có dập các rãnh để khi ép lại tạo thành các rãnh đặtcuộn dây phần ứng vào Lõi sắt là hình trụ tròn và được ép cứng vào với trục tạothành một khối thống nhất

Trong các máy điện công suất trung bình trở lên người ta thường dập các rãnh

để khi ép lại tạo thành các lỗ thông gió làm mát cuộn dây và mạch từ