BÀI TẬP LỚN Vi mạch tương tự: Thiết kế hệ thống điều khiển đèn giao thông và giám sát nhiệt độ

Ngày nay sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống con người có những thay dổi ngày càng tốt hơn, với những thiết bị hiện đại phục vụ công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Đặc biệt góp phần đó là ngành kỹ thuật điệnđiện tử góp phần không nhỏ trong sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước. Những thiết bị điện, điện tử được phát triển mạnh mẽ và ứng dụng trong cuộc sống và sản xuất. Từ những thời gian đầu kỹ thuật số cho thấy ứng dụng ưu việt và ngày càng được khẳng định thêm. Những thành tựu đó có thể biến những cái tưởng chừng không thể thành có thể góp phần nâng cao đơi sống vật chất con người. Xuât phát từ thực trạng tắc nghẽn giao thong ở các thành phố lớn trong nước ta và cả thế giới với sự gia tăng của các phương tiện giao thông (đặc biệt là ô tô) một nhu cầu về bãi đỗ xe cho các phương tiện giao thông là cấp bách. Một mặt giảm tắc nghẽn giao thông, mặt khác nó còn đem lại mặt thẩm mỹ cho các thành phố hiện đại. Với lý do đó, nhóm chúng em thiết kế mô hình bãi đõ xe tự động.sau một thời gian học tập và được sự giúp đỡ của cô giáo bộ môn và nỗ lựu của bản than chúng em “thiết kế mạch điều khiển bãi đõ xe tự động ’’ nhưng do kiến thức và kinh nghiệm có hạn nên không thể tránh được sai xót. Chúng em rất mong sự giúp đỡ các thầy cô giáo bộ môn nhằm phát triển thêm về đề tài này.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

2.1 Phân tích yêu cầu công nghệ 5

2.2 Các linh kiện sử dụng trong bản thiết kế 5

3.1 Sơ đồ khối bố trí linh kiện trong bài 7

3.2 Các linh kiện sử dụng trong bài 7

3.3 Mạch chuẩn hóa cho cảm biến nhiệt độ với dòng điện đầu ra (0-20mA) 8 3.4 Sơ đồ chân, bảng chân lý và ứng dụng các vi mạch sử dụng 9

3.5 Chức năng và nhiệm vụ các khối 19

3.6 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điều khiển bãi đỗ xe tự đông:22

3.7 Nguyên lý hoạt động của mạch 22

3.8 Xây dựng mạch mô phỏng trên proteus và chạy thử 24

4.1 Kết luận 25

4.2 Hướng phát triển 25

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống

con người có những thay dổi ngày càng tốt hơn, với những thiết bị hiện đại

phục vụ công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước Đặc biệt góp

phần đó là ngành kỹ thuật điện-điện tử góp phần không nhỏ trong sự nghiệp

xây dựng và phát triển đất nước Những thiết bị điện, điện tử được phát triển

mạnh mẽ và ứng dụng trong cuộc sống và sản xuất Từ những thời gian đầu

kỹ thuật số cho thấy ứng dụng ưu việt và ngày càng được khẳng định thêm.

Những thành tựu đó có thể biến những cái tưởng chừng không thể thành có

thể góp phần nâng cao đơi sống vật chất con người.

Xuât phát từ thực trạng tắc nghẽn giao thong ở các thành phố lớn

trong nước ta và cả thế giới với sự gia tăng của các phương tiện giao thông

(đặc biệt là ô tô) một nhu cầu về bãi đỗ xe cho các phương tiện giao thông là

cấp bách Một mặt giảm tắc nghẽn giao thông, mặt khác nó còn đem lại mặt

thẩm mỹ cho các thành phố hiện đại Với lý do đó, nhóm chúng em thiết kế

mô hình bãi đõ xe tự động.sau một thời gian học tập và được sự giúp đỡ của

cô giáo bộ môn và nỗ lựu của bản than chúng em “thiết kế mạch điều khiển

bãi đõ xe tự động ’’ nhưng do kiến thức và kinh nghiệm có hạn nên không

thể tránh được sai xót Chúng em rất mong sự giúp đỡ các thầy cô giáo bộ

môn nhằm phát triển thêm về đề tài này.

Chúng emxin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Nội 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 công 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 thuận mở barrie1 Gặp công tắc hành trình CT11 báo mờ hết thì động cơ dừng Sau 15s động cơ quay ngược đóng barrie 1 lại cho đến khi gặp công tắc CT12 thì dừng Với mỗi xe vào động cơ cộng thêm

1 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 thuận

mở barrie 2,gặp công tắc CT21 thì dừng sau 13s 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.

Cảm biến nhiệt độ cũng cho thông tin đo ngay khii ấn start và đưa đến

CHƯƠNG 2: CÁC MẠCH CHỨC NĂNG SỬ

DỤNGTRONG HỆ THỐNG

2.1 Phân tích yêu cầu công nghệ.

vào

xe vào

cả các của ra vào

2.2 Các linh kiện sử dụng trong bản thiết kế.

 IC-74LS192

Chức năng: Đếm xung đầu vào và hiển thị ra led BCD

Mục đích sử dụng: Đếm số xe ra vào bãi xe và đếm lùi thời gian đóng mở barrie

Chức năng: tạo xung vuông

Mục đích: tạo dao động cung cấp cho cách mạch đếm tiến lùi

Chức năng: thực hiện các hàm logic

Mục đích: tổng hợp tín hiệu đầu vào và thay đổi hoặc giữ nguyên ở tín hiệu đầu ra

Mục đích: cảnh báo khi có nhiệt độ vượt quá mức cho phép

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.1 Sơ đồ khối bố trí linh kiện trong bài

Sơ đồ khối hệ thống3.2 Các linh kiện sử dụng trong bài

2 7SEG-BCD-GRN 4 Led 7 thanh xanh

(0-3.4 Sơ đồ chân, bảng chân lý và ứng dụng các vi mạch sử dụng.

3.4.1 IC74LS192

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

Sơ đồ chân:

D0>D3: Là tín hiệu đầu vào.

Q0>Q3: Là tín hiệu đầu ra.

TCU, TCD: là các chân carry, dùng để nối tiếp các IC khác

UP: Đếm xung đầu vào tăng.

DN: Đếm xung đầu vào giảm.

nhận dữ liệu từ D0 đến D3 làm giá trị đếm đầu tiên (giá trị đặt trước)

Bảng chân lí:

Sơ đồ nguyên lý:

3.4.2 IC 74LS85

Là IC so sánh

Sơ đồ chân:

Chân A0>A3: giá trị đầu vào.

3.4.3 IC NE555

IC 555 là một loại linh kiện khá là phổ biến dễ dàng tạo được xung vuông và có thể thay đổi tần số tùy thích, với sơ đồ mạch đơn giản,điều chế được độ rộng xung Nó được ứng dụng hầu hết vào các mạch tạo xung đóng cắt hay là những mạch dao động khác

Sơ đồ chân:

Chân 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC

Chân 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

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

Chân 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái ra

Chân 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555

Chân 6(THRESHOLD) : là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp khác và cũng được dùng như 1 chân chốt

Chân 7(DISCHAGER) : có thể xem chân này như 1 khóa điện tử

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

Hình3.5: Mạch tạo dao động

Hình 3.6: Dạng xung ra

Công thức tính:

Mạch báo mất nguồn bằng tín hiệu âm thanh.

3.4.4 LM35

Cảm biến LM35 là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao mà điện áp đầu

ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius Chúng cũng không yêu cầu cân chỉnh ngoài vì vốn chúng đã được cân chỉnh Cảm biến LM35 hoạt động bằng cách cho ra một giá trị hiệu điện thế nhất định tại chân Vout (chân giữa) ứng với mỗi mức nhiệt độ

Thông số kỹ thuật:

150°C

0 1 0 1

0 0 0 1

Hình 3.1: Kí hiệu và bảng trạng thái cổng AND

Nhận xét:Ngõ ra cổng AND chỉ ở mức cao khi tất cả các ngõ vào đều ở mức cao

+A,B: ngõ vào tín hiệu logic

Dùng thực hiện phép đảo logic, còn gọi là cổng (INVERTER) Cổng NOT có 1ngõ vào và 1 ngõ ra

Hình 3.5.1 Khối nguồn sử dụng LM7805 Trong bài mô phỏng trên proteus chúng em sử dụng nguồn power thay cho nguồn 5V từ mạch nguồn nuôi sử dụng LM7805.

3.5.3 Khối đếm

Nhận xung từ bộ điều khiển đếm lên hoặc đếm xuống, đồng thời xuất

ra giá trị chuyển đến khối giải mã.

Khối đếm có nhiệm vụ hiển thị giá trị từ “15” đến “00”đối với đầu xe vào và hiển thị giá trị từ “13” đến “00”đối với đầu xe ra.Khi khối giây đếm đến giá trị

“00” ,sau một chu kì xung tiếp theo thì giá trị đếm tự động reset về “15” và “13”,

và dừng lại.

Mạch đếm giây từ 15->00

3.5.4 Khối hiển thị.

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

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

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

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

Led 7 thanh sử dụng trong bài là led 7 thanh BCD

Bảng chân lý

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

3.7 Nguyên lý hoạt động của mạch.

Khi có xe vào:

chân up của bộ đếm xung 74LS192 lúc này bộ đếm sẽ tăng lên 1 giá trị và hiển thị ra quakhối hiển thị gồm 2 con led 7 thanh BCD.

Đồng thời khi nút nhấn thay đổi trạng thái cũng cấp tín hiệu cho khối xe vào bắtđầu hoạt động Lúc này sẽ cấp tín hiệu mức thấp cho U26 làm thay đổi trạng thái đầu raU26 từ múc 1 sang mức 0 tín hiệu này được cấp cho khối dao động NE555 U19 qua mộtcổng not đảo tín hiệu sang mức 1 kích mở khối dao động làm cho cho khỗi dao độngdùng NE555 bắt đầu tạo xung với tần số gần 1hz cấp cho bộ giải mã gồm 2 IC74LS192

để đếm lùi từ giá trị 15 về 00 Bên cạnh đó động cơ 1 sẽ quay theo chiều thuận mở barrieđến khi gặp công tắc hành trình CTH1 động cơ dừng Khi thời gian đếm về 00 tín hiệu ralúc này ở U9 sẽ là 1keets hợp với tín hiệu 1 từ U8 qua cổng and U5 cấp tín hiệu 1 vào 1chân cổng OR U26 chân còn lại lấy tín hiệu từ nút bấm, kết hợp 2 giá trị tại 2 chân truyềntín hiệu 1 tại đầu ra của U26 tín hiệu này được cáp cho NE555 U19 qua cổng NOT đảotín hiệu sang mức thấp khóa U19 led ngừng đếm Tín hiệu mức cao tại đầu ra U26 đượccấp cho 2 đầu 2 trở R20 và R18 đồng thời kích mở transitor làm thay đổi trạng thái rơleđảo chiều động cơ Động cơ quay theo chiều nghịch đóng barrie đến khi gặp công tắchành trình CTH2 động cơ dừng

and U5 cấp tín hiệu 1 vào 1 chân cổng OR U24 chân còn lại lấy tín hiệu từ nút bấm, kếthợp 2 giá trị tại 2 chân truyền tín hiệu 1 tại đầu ra của U26 tín hiệu này được cáp choNE555 U22 qua cổng NOT đảo tín hiệu sang mức thấp khóa U22 led ngừng đếm Tínhiệu mức cao tị đầu ra U26 được cấp cho 2 đầu 2 trở R26 và R28 đồng thời kích mởtransitor làm thay đổi trạng thái rơle đảo chiều động cơ Động cơ 2 quay theo chiềunghịch đóng barrie đến khi gặp công tắc hành trình CTH4 động cơ dừng.

3.8 Xây dựng mạch mô phỏng trên proteus và chạy thử

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNGPHÁT

TRIỂN

4.1 Kết luận

Qua việc làm đề tài trên chúng em đã thu được rát nhiều kiến thức về nhiều môn học,đây là kiến thức tổng hợp của các môn như đo lường cảm biến,truyền động điện…Qua đề tài chúng em cũng đã biết và hiểu hơn về một số loại cảm biến,IC,động cơ…phổ biến trên thị trường.Do vậy trong quá trình thực hiện đề tài chúng em đã biết cách tổng hợp và vận dụng các kiến thức trên để hoàn thành

đề tài này.Tuy vậy do còn hạn chế về mặt kiến thức nên chúng em còn mắc rất nhiều lỗi và sai sót,mong cô cho ý kiến để chúng em có thể hoàn thành tốt hơn các đề tài sau này.

Chúng em cũng xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới cô Nguyễn Thu Hà

đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo để giúp chúng em hoàn thành đề tài này.

4.2 Hướng phát triển

Từ một hệ thống được xây dựng còn khá đơn giản,nhưng nó cũng là nguyên tắc cơ bản của một bãi đỗ xe thông minh.Từ hệ thống này chúng ta có thể phát triển thành 1 phần trong hệ thống lớn với các bước soát vé,phân loại xe,tính tiền

vé xe…Từ các tín hiệu thu được từ cảm biến sẽ phân tích,điều khiển hệ thống có thể hoạt động ổn định,chính xác,tiết kiệm năng lượng đồng thời giám sát được toàn bộ hệ thống.