BÀI TẬP LỚN KĨ THUẬT SỐ Thiết kế mạch điều khiển bãi đỗ xe tự động CÓ MẠCH PROTUS

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN……………………..……………………………...…4 1. Nội dung……………………………………………………………………...4 2. Yêu cầu……………………………………………………………………......4CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG….…….5 2. 1.Mạch tổ hơp……………………………..………………………….……….5 2.2 Mạchdãy………………………………………………………………..……7 2.3.Mạch đếm……………………………………………………………….…8 2 4. Mạch dao động………………………..……………………………….…..10 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG……………….11 3.1. Sơ đồ khối……………………………………………………….….…….13 3.2. Chức năng nhiệm vụ các khối……………………………………………14 3.3 Sơ đồ nguyên lý…………………………………………………………...25 3.4Nguyên lý hoạt động…………………………………………………………25CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM PROTEUS VÀ CHẠY THỬ………………………………………………………………………29CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN………………………..30

Đề Tài:

Thiết kế mạch điều khiển bãi đỗ xe tự động

Giáo Viên Bộ Môn : Nguyễn Thu Hà

Nhóm thực hành : Nhóm 2- lớp điện 1_K6

Năm học 2013-2014

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN……… ……… …4

1 Nội dung……… 4

2 Yêu cầu……… 4

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG….…….5

2 1.Mạch tổ hơp……… ……….……….5

2.2 Mạchdãy……… ……7

2.3.Mạch đếm……….…8

2 4 Mạch dao động……… ……….… 10

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG……….11

3.1 Sơ đồ khối……….….…….13

3.2 Chức năng nhiệm vụ các khối………14

3.3 Sơ đồ nguyên lý……… 25

3.4Nguyên lý hoạt động………25

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM PROTEUS VÀ CHẠY THỬ………29

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN……… 30

MỞ ĐẦU

Ngày nay sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống conngười có những thay dổi ngày càng tốt hơn,với những thiết bị hiện đại phục

vụ công nghieeph hóa hiện đại hóa đất nước Đặc biệt góp phần đó thì ngành

kỹ thuật điện tử góp phần không nhỏ trong sự nghiệp xây dựng và phát triểnđất nước.nhừng thiết bị điện ,điện tử được phát triển mạnh mẽ và ứngdungjtrong cuộc sống và sản xuất.từ những thời gian đầu kỹ thuật số chothấy ứng dụng ưu việt và ngày càng được khẳng định them.những thành tựu

đó có thể biến những cái tưởng chừng không thể thành có thể góp phần nângcao đơi sống vật chất con người

Xuât phát từ thực trạng tắc nghẽn giao thong ở các thành phố lớn trongnước ta và cả thế giới với sự gia tăng của các phương tiện giao thong ( đặcbiệt là ô tô)một nhu cầu về bãi đỗ x echo các phương tiện giao thong là cấpbách Một mặt giảm tắc nghẽn giao thong,mặt khác nó cònđem lại mặt thẩm

mỹ cho các thành phố hiện đại với lý do đó ,nhóm chúng em thiết kế môhình bãi đõ xe tự động.sau một thời gian học tập và được sự giúp đỡ của côgiáo bộ môn và nỗ lựu của bản than chúng em “ thiết kế mạch điều khiển bãi

đõ xe tự động ’’ nhưng do thời gian ,kiến thức và kinh nghiệm có hạn nênkhông thể tránh được sai xót.chúng em rất mong sự giúp đỡ của các bạn vàthầy cô giáo bộ môn nhằm phát triển them đề tài

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1Nội dung

Thiết kế hệ thống điều khiển bãi đỗ xe tự động gồm : 2 của ra/vào mỗi cửa có một barrie được điều khiển bởi 2 động cơ 1 và 2,4 cong tắc hành trình báo đóng hết và mở hết 2 cảm biến phát hiện xe ra/vào.2 led 7 thanh hiển thị số xe trong bãi và 2 đèn báo còn/hết chỗ.2 nút ấn start/stop để khởi động và dừng hệ thống.1.2 Yêu cầu

Khi nhấn nút start đèn d1 sáng báo còn chỗ.nếu có xe vào cửa(phát hiện bằng cảm biến s1)thì động cơ 1 quay chậm mở barrie1.gặp công tắc hành trình CT11 báo mờ hết thì động cơ dừng.sau 15s đông cơ quay ngược đóng barrie lại cho đếnkhi gặp công tắc CT12 thì dừng.với mỗi xe vào động cơ cộng thêm một vào tổng

số xe số xe hiện có trong bãi luôn được hiển thị bằng led 7 thanh

Nếu có xe ở cửa ra(phát hiện bằng cảm biến s2 ) thì động cơ 2 quay chậm mở barrie 2,gặp công tắc CT21 thì dừng sau 10s sau đó quay ngược đóng barie 2,cho đến khi gặp công tắc hành trình CT22 thì dừng.mỗi xe ra hệ thống sẽ giảm đi 1 trong tổng số xe hiện tại

Khi bãi đỗ xe chưa đầy đèn xanh sáng.Khi bãi đỗ xe đã đầy thì đèn vàng sang

và không cho cửa vào mở

Khi nhấn stop hệ thống dừng

Xây dựng mạch mô phỏng trên phân mềm proteus và chạy thử

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CÁC THÀNH PHẦN TRONG HỆ THỐNG

Các mạch tổ hợp hiện nay thường gặp là :

+ Bộ mã hóa ( mã hóa nhị phân, mã hóa BCD…)

+ Bộ giải mã ( giải mã nhị phân, giải mã BCD_Led 7 thanh) bộ giải mã hiện thị kí tự…

2.1.1 Bộ mã hóa.

Bộ mã hóa nhị- thập phân ( Bộ mã hóa BCD )

Bộ mã hóa nhị- thập phân là mạch điện có nhiệm vụ chuyển 10 chữ số thập phân thành mã hệ nhị phân Dạng mã này còn được gọi là mã BCD ( Binary code

decimal )

Bảng chân lí bộ mã hóa BCD :

Hình 1.1 Bảng chân lý bộ mã hóa BCD

2.1.2 Bộ giải mã nhị- thập phân ( bộ giải mã BCD )

Bộ giải mã BCD sang hệ thập phân là một mạch tổ hợp có 4 đầu vào nhị phân và 10 đầu ra thập phân Đầu vào là mã BCD và sẽ kích hoạt đầu ra tương ứngvới đầu vào

1.3.Bộ giải mã BCD sang Led 7 vạch.

Đèn led 7 đoạn được sử dụng để hiển thị dữ liệu được xử lý bởi thiết bị điện tử số Chúng có thể hiện thị các số từ 0 đến 9 và các chữ cái từ A đến F và một vài ký tự khác

Thiết bị hiển thị này có thể được điều khiển bởi bộ giải mã mà sẽ chiếu sáng các vạch (đoạn - segment) của đèn phụ thuộc vào số BCD tại đầu vào Các bộ giải mã này cũng chứa các bộ đệm công suất để cấp dòng cho đèn, do vậy, nó còn được gọi

là bộ điều khiển - giải mã (Decoder - Driver)

Bộ mã hoá này có 4 đầu vào tương ứng với 4 bit mã BCD và 7 đầu ra, mỗi đầu sẽ điều khiển một vạch của đèn 7 vạch Đèn hiển thị 7 vạch bao gồm các vạch (đoạn sáng – segment) nhỏ Chúng có thể biểu diễn tới 16 ký tự trong đó có 10 số và 6 chữ cái

Hình 1.2 Led 7 thanh và dạng kí tự hiển thị

Các mã đầu vào từ 0 -9 hiển thị các chữ số của hệ thập phân.Các mã đầu vào từ 9 -

14 ứng với các ký hiệu đặc biệt như đã nêu, còn mã 15 sẽ tắt tất cả các vạch.Đoạn sáng thứ 8 của đèn hiển thị là dấu chấm thập phân (dp) Các thiết bị hiển thị loại này có nhiều kiểu với màu sắc, kích thước khác nhau và có đặc tính phát sáng rất tốt

Về mặt điện, các LED hoạt động như diode chuẩn, chỉ khác là khi phân cực thuận đòi hỏi điện áp giữa Anode và Cathode cao hơn.Để có cường độ sáng không đổi, thiết bị hiển thị phải được cấp đủ dòng

Các thiết bị hiển thị 7 vạch có thể có cực tính:

+ Với kiểu Cathode chung, điều khiển bởi mức logic dương

+ Với kiểu Anode chung, điều khiển bởi mức logic âm

2.2 Mạch dãy

Mạch dãy là mạch mà tín hiệu ra phụ thuộc không những vào tín hiệu vào mà còn phụ thuộc vào trạng thái trong của mạch nghĩa là có mạch lưu trữ, nhớ các trạng thái

Thanh ghi và thanh ghi dịch

Thanh ghi là dãy mạch nhớ có chức năng lưu giữ dữ liệu hoặc bến đổi dữ liệu số

từ nối tiếp sang song song và ngược lại Mỗi mạch lật chỉ lưu giữ được 1 bit, vậy thanh ghi dài bao nhiêu bit thì phải tạo từ bấy nhiêu mạch lật

Hình 2.1:Sơ đồ thanh ghi nhận dữ liệu song song

Hình 2.2: Sơ đồ bộ ghi dịch nhận dữ liệu nối tiếp dài 4 bit

Điều kiện cơ bản để một mạch được gọi là mạch đếm là nó có các trạng thái đầu rakhác nhau,tối đa đầu ra của mạch cũng bị giới hạn Số xung đếm tối

đa được gọi là dung lượng của mạch đếm

Mạch đếm modul M thường dùng cổng logic với Flip-Flop và các kiểu hồi tiếp đặcbiệt để có thể trình bày kết quả dưới dạng số hệ hai tự nhiên hay dưới dạng mã nàođó.

Về chức năng của mạch đếm, người ta phân biệt:

+ Các mạch đếm lên (up counters): hay còn gọi là mạch đếm cộng, mạch đếm

+ Tần số cực đại của dãy xung mà bộ đếm có thể đếm được.

+ Khoảng thời gian thiết lập của mạch đếm: tức là khoảng thời gian từ khi đưaxung đếm vào mạch cho tới khi thiết lập song trạng thái trong bộ đếm tương ứngvới khung đầu vào

Các Flip-Flop thường dùng trong mạch đếm là loại RST và JK dưới dạng rời haytích hợp

2.4 Mạch dao động

Mạch dao động là mạch điện tử tạo ra tín hiệu biến đổi theo chu kì Dựa vào dạngtín hiệu dao động tạo ra , người ta chia mạch dao động ra làm 2 loại : mạch daođộng hình Sin và mạch dao động tạo xung Mạch dao động tạo ra được tín hiệu cótần số vài Hz đến hàng nghìn MHz

Dùng để thực hiện phép nhân logic.

Kí hiệu Bảng trạng thái Kí hiệu: Bảng trạng thái

A B Y0

011

0101

0001

Hình 3.1: Kí hiệu và bảng trạng thái cổng AND

Nhận xét: Ngõ ra của cổng logic AND chỉ lên mức 1 khi các ngõ vào là mức 1.+ A,B: ngõ vào tín hiệu logic

10

Hình 3.2 : Kí hiệu và bảng trạng thái cổng NOT

Nhận xét: Tín hiệu giữa ngõ ra và ngõ vào luôn ngược mức logic nhau

3.2 Chức năng nhiệm vụ các khối

Y

Khối tạo dao động 1Hz.

 IC 555 có nhiệm vụ tạo ra tần số 1Hz tại đầu ra (chân 3) để cấp cho khốigiây của đồng hồ thời gian thực Xung đầu ra có dạng xung vuông ổn định

và cứ mỗi chu kì xung thì tương ứng với 1 giây

Chân 1 (GND): Chân cho nối masse để lấy dòng.

Chân 2 (Trigger): Chân so áp với mức áp chuẩn là 1/3 mức nguồn nuôi

Chân 3 (Output): Chân ngả ra, tín hiệu trên chân 3 c1 dạng xung, không ở mức áp thấp thì ở mức áp cao

Chân 4 (Reset): Chân xác lập trạng thái nghĩ với mức áp trên chân 3 ở mức thấp, hay hoạt động

Chân 5 (Control Voltage): Chân làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555

Chân 6 (Threshold): Chân so áp với mức áp chuẩn là 2/3 mức nguồn nuôi

Chân 7 (Discharge): Chân có khóa điện đóng masse, thường dùng cho tụ xả điện.Chân 8 (VCC): Chân nối vào đường nguồn V+ IC 555 làm việc với mức nguồn từ 3 đến 15V

*Thiết kế và tính toán mạch tạo dao động 1Hz.

555

A B C D

Hình3.5: Mạch tạo dao động

Hình 3.6: Dạng xung ra

Công thức tính:

Tm = ln(2) ( R1 + R2 ) C1 : thời gian điện áp mức cao

Ts = ln(2) R2 C1 : thời gian điện áp mức thấp

- IC đếm 74192

Là loại IC tích hợp bộ nhị phân không đồng bộ,song song nó có chức năng đếmthuận nghịch Đặc biệt có thể đặt trước giá trị đếm với chân điều khiển nạp giá trị.Chức năng các chân của IC 74192

D0 -> D3 là dữ liệu đầu vào

Q0 -> Q3 là kết quả đưa ra

TCU đếm lên

TCD đếm ngược

UP đồng hồ đếm đầu vào

DN đồng hồ đếm ngược đầu vào

PL tải song song

MR thiết lập lại đầu vào

Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý của IC 74192

Hình 3.10 Sơ đồ mạch xung

Hình 3.11 Sơ đồ chân của IC 74LS247

Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lý của IC 74LS247

3.2.6 Khối hiển thị :

Trong các thiết bị để báo trạng thái hoạt động của các thiết bị cho ra các thong số chỉ là các dãy số đơn thuần , thường người ta sử dụng “ Led 7 đoạn “ Led

7 đoạn được sử dụng khi các dãy số không đòi hỏi quá phức tạp chỉ hiện thị số là

đủ chẳng hạn led 7 đoạn được dung để hiển thị nhiệt độ phòng , đồng hồ treo tườngbằng điện tử , hiển thị số lượng sản phẩm trong 1 công đoạn nào đó…

Led 7 đoạn có cấu tạo gồm 7 led đơn xếp ngang và có thêm 1 led đơn hình tròn nhỏ bên phải của led 7 thanh

8 led đơn của led 7 thanh có Anode (+) hoặc cathode (-) được nối chung với nhau vào 1 điểm và đượ đưa chân ra ngoài để nối vào mạch điện.7 cự còn lại trên mỗi led đơn của led 7 đoạn và 1 cực trên led đơn ỏ góc bên dưới , bên phải của led

7 đoạn được đưa thành 8 chân riêng để điều khiển cho led sáng tắt theo ý muốn

- Nếu led 7 đoạn có Anode (cực +) chung, đầu chung này được nối với +Vcc, các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khitín hiệu đặt vào các chân này ở mức 0

- Nếu led 7 đoạn có Cathode (cực -) chung, đầu chung này được nối xuống Ground(hay Mass), các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn,led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 1

Hình 3.13: Led 7 đoạn

Hình 3.14: Dạng chữ của Led 7 đoạn

Hình 3.13 Bảng giải mã Led 7 đoạn Anode

- Mã LED 7 đoạn Cathode chung, muốn thanh nào sáng ta xuất ra chân Anode của LED đơn đó mức 1 Từ đó ta có bảng giãi mã LED 7 đoạn Cathode chung như sau:

Hình 3.14 Bảng giải mã Led 7 đoạn Cathode

Vì Led 7 đoạn bên trong nó chứa các led đơn do đó khi kết nối cần đảm bảo quamỗi led đơn trong khoảng 10mA- 20mA để bảo vệ led

3.3Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển bãi đỗ xe tự đông :

Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý của mạch điều khiển bãi đỗ xe tự động

3.4.Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển bãi đỗ xe tự động :

Nhấn nút start cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống mạch điều khiển bãi đỗ xe tự động Khi có xe vào :

Khi có xe vào áp tại chân ra của led thu (đặt ở lối vào )ở mức cao làm cho

transistor dẫn ( VB> 0.7 V) nên lối ra ở chân C là mức thấp đi qua IC cổng đảo sẽ

là mức cao.Tín hiệu này sẽ được đưa vào chân SD của IC 4013 -> chân SD ở mức 1

Khi không có xe ra áp tại chân ra của led thu (đặt ở lối ra)ở mức thấp làm chotransistor không dẫn ( VB< 0.7 V) nên lối ra ở chân C là mức cao đi qua IC cổngđảo sẽ là mức thấp.Tín hiệu này sẽ được đưa vào chân CD của IC 4013 -> chân CD

ở mức 0

Khi chân SD = 1 và CD = 0 làm cho Q =1 và Q = 0, chân 1 của U1A ở mức thấp

do nhận tín hiệu từ chân CD, còn chân 2 của U1A ở mức cao do nhận tín hiệu từchân 4 của U2B, tín hiệu ở ngõ ra chân CO của U6 và U7 luôn ở mức 1 Vì vậy, lối

ra của U3B là mức 1, tín hiệu này sao khi đi qua U2A sẽ là mức 0 cấp cho chân 6

của U2B,chân 5 của U2B nhận tính hiệu từ Q = 0 nên lối ra của U2B là 1 cấp choU1A Lối ra của U1A đang là mức cao được đi qua U1B trở thành mức thấp đượcđưa vào chân 5 của U3 ( ic 74192 ),chân 7 của U4 nhận tín hiệu ở mức cao từ chânQ0 của U3 và các chân 1,2,6 của U4 nhận tín hiệu ở mức thấp từ các chânQ1,Q2,Q3 của U3 sau đó giải mã hiển thị ra led 7 thanh hiển thị 1 xe vào.Đồngthời khi có xe vào,tín hiệu ra của U1B qua U20 kích xung clock cấp cho U16,chânQ2 của u16 sẽ chuyển từ tín hiệu thấp lên tín hiệu cao cấp cho U27.tín hiệu ra củaU27 sẽ ở mức cao và cấp cho relay.relay sẽ hút công tắc chuyển từ nối đất sang nốivới nguồn cấp cho động cơ,do đó khi có xe vào động cơ sẽ quay để mở barrie và

hệ thống sẽ đếm thêm 1 vào số xe trong bãi và hiển thị ra màn hình hiển thị LED 7thanh

Động cơ quay mở barrie cho đến khi gặp công tắc hành trình CT11 ( báo mởhết ).công tắc hành trình CT11 sẽ cấp tín hiệu ở mức cao cho U20 và U25.U20nhận tín hiệu ở mức cao từ CT11 sẽ cấp xung cho U16,chân Q2 của U16 sẽ ở mứcthấp do đó relay k được cấp điện sẽ nhả khóa k về nối đất.động cơ không được cấpđiện sẽ ngừng lại.Đồng thời U25 nhận tín hiệu ở mức thấp từ CT11 đầu ra của U25

sẽ ở mức cao.U19 nhận tín hiệu mức cao từ U25 sẽ phát xung clock cho U5.do đóchân Q1 của U5 sẽ có tín hiệu ở mức cao kết hợp với tín hiệu ra của mạch tạo xungNE555 với tần số 1hz qua U17 cấp xung cho U9 đếm xung rồi cấp tín hiệu mã hóacho U29 giải mã và hiển thị ra LED 7 thanh.Khi U9 đếm đến xung thứ 15 ( tức làsau 15 giây )tín hiệu từ các chân 8 và 12 của U9 và chân 12 của U29 sẽ cấp tínhiệu ra ở mức cao cho U31.ngõ ra của U31 sẽ ở mức cao,U32 nhận tín hiệu ở mứccao từ U31,ngõ ra Q1 của U32 sẽ ở mức cao.relay nhận tín hiệu ở mức cao từ U32

sẽ hút khóa k nối với nguồn.động cơ được cấp nguồn ngược chiều với nguồn cấpban đầu nên sẽ quay ngược lại

Động cơ quay ngược gặp công tắc hành trình CT12(báo đóng hết ).CT12 sẽ cấpxung cho U32,do đó chân Q1 của U32 sẽ cố tín hiệu ở mức thấp.relay nhận tín hiệu

ở mức thấp từ Q1 của U31 sẽ nhả khóa k về nối đất.động cwo mất điện sẽ dừnglại.kết thúc quá trình đóng barrie

Khi có xe ra:

Khi có xe ra áp tại chân ra của led thu (đặt ở lối ra) ở mức caolàm cho transistor dẫn ( VB> 0.7 V) nên lối ra ở chân C là mức thấp đi qua IC cổngđảo sẽ là mức cao.Tín hiệu này sẽ được đưa vào chân SD của IC 4013 -> chân SD

ở mức 1

Khi không có xe vào áp tại chân ra của led thu (đặt ở lối vào) ở mức thấp làm chotransistor không dẫn (VB< 0.7 V) nên lối ra ở chân C là mức cao điqua IC cổngđảo sẽ là mức thấp.Tín hiệu này sẽ được đưa vào chân CD của IC 4013 -> chân CD

ở mức 0

Khi chân SD = 0 và CD = 1 làm cho Q =0 và Q = 1, chân 1 của U1C ở mức thấpcủa U2B, tín hiệu ở ngõ ra chân CO của U6 và U7 luôn ở mức 1 Vì vậy, lối ra củaU3B là mức 1, tín hiệu này sao khi đi qua U2A sẽ là mức 0 cấp cho chân 6 củaU2B,chân 5 của U2B nhận tính hiệu từ Q = 1 nên lối ra của U2B là 1 cấp choU1A Lối ra của U1A đang là mức cao được đi qua U1B trở thành mức thấp đượcđưa vào chân 4 của U3.tín hiệu đầu ra của U3 sẽ cấp cho U4 làm nhiệm vụ giải mãrồi đưa ra LED 7 thanh hiển thị.với mỗi xe vào hệ thống sẽ đếm giảm đi 1 trongtổng số xe có trong bãi.đông thời ngõ ra của U1B cấp cho cả U35.Đầu ra của U35

sẽ ở mức thấp cáp xung clock cho U34, chân Q1 của U34 sẽ có tín hiệu ở mứccao.relay nhận tín hiệu ở mức cao sẽ hút khóa k từ nối đất chuyển qua nốinguồn.động cơ được cấp điện sẽ quay mở barrie cho xe ra