Theo yêu cầu của đề tài, sơ đồ khối của mạch đếm xe trong garage được thiết kế nhưhình như hình 2.1:... KHỐI HIỂN THỊ Led 7 đoạn có chức năng hiển thị số thập phân cho biết kết quả sau
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
GVHD : TS Nguyễn Thanh Hải
HVTH1 : Trang Nguyễn Trung Phát
HVTH2 : Võ Xuân Truyền
MSSV : 15141079
Trang 2Tp.Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 06 năm 2018
Trang 3MỤC LỤC
Trang 4CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
1 Tên đề tài /:
2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:
3 Nội dung thực hiện đề tài:
4 Sản phẩm:
Trang 5CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
*******
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên Sinh viên: MSSV:
Ngành:
Tên đề tài:
Họ và tên Giáo viên hướng dẫn:
NHẬN XÉT 1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
2 Ưu điểm:
3 Khuyết điểm:
4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?
5 Đánh giá loại:
6 Điểm:……….(Bằng chữ: )
Trang 6
Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20…
Giáo viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)
Trang 7CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
*******
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên Sinh viên: MSSV:
MSSV:
MSSV:
Ngành:
Tên đề tài:
Họ và tên Giáo viên phản biện:
NHẬN XÉT 1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
2 Ưu điểm:
3 Khuyết điểm:
4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?
5 Đánh giá loại:
6 Điểm:……….(Bằng chữ: )
Trang 8Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20…
Giáo viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)
Trang 9LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa một số tài liệu và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó Nếu có sao chép tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm
Trang 10DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BCD: Binary Coded Decimal.
Trang 11DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Trang 12DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ
Trang 13ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
Với nội dung đề tài, mạch được thiết kế đơn giản
Số xe trong garage được hiển thị trên 2 led 7 đoạn nhỏ Số lượng xe tối đa có thể đếm
là 99 Khoảng cách 2 cảm biến là 20cm Mạch phát được cấp nguồn 5 VDC, nhỏ gọn cóthể di chuyển Mạch chính được cấp nguồn 220 VAC
Trang Nguyễn Trung PhátMSSV: 15141348
Khối nguồnKhối phát hồng ngoạiKhối thu hồng ngoại đếm xuốngKhối thu hồng ngoại đếm lên
Võ Xuân TruyềnMSSV: 15141079
Khối chuôngKhối đếmKhối hiển thịKhối reset
Trang 14ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
về 00 Số đếm bắt đầu khi khởi động là 99
Khi đếm về 00 báo chuông reng Mạch có nút nhấn reset đặt lại số đếm bắt đầu
Theo yêu cầu của đề tài, sơ đồ khối của mạch đếm xe trong garage được thiết kế nhưhình như hình 2.1:
Trang 15ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
Hình 2.1 Sơ đồ khối mạch đếm sản phẩm.
Sau đây là chức năng từng khối:
Khối nguồn: có chức năng cấp nguồn cho toàn bộ mạch để hoạt động
Khối tạo xung đếm lên: có chức năng tạo 1 xung khi có 1 xe đi ra garage
Khối tạo xung đếm xuống: có chức năng tạo 1 xung khi có 1 xe đi vào garage
Khối xử lý, đếm: có chức năng đếm xung và phạm vi đếm từ 99 về 00, khi đếm về 00thì dừng đếm và xuất tín hiệu để chuông reng
Khối giải mã: có chức năng giải mã số xung đếm được từ khối đếm sang mã 7 đoạn.Khối hiển thị: có chức năng hiển thị kết quả đếm dạng số thập phân
Nút nhấn reset: có chức năng reset lại mạch khi nhấn nút
Chuông: có chứa năng rung khi mạch đếm về 00
Trang 16ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
a KHỐI HIỂN THỊ
Led 7 đoạn có chức năng hiển thị số thập phân cho biết kết quả sau khi xử lý, trongmạch đếm sản phẩm sẽ cho biết kết quả đếm là số lượng xe còn có thể đỗ trong garage.Trong mạch sử dụng led 7 đoạn loại anode chung
Led 7 đoạn có cấu tạo là các led đơn được sắp xếp theo vị trí để khi sáng hoặc tắt tạothành 1 số thập phân từ 0 đến 9 Kí hiệu, sơ đồ chân của led 7 đoạn như hình 2.2:
Hình 2.2 Kí hiệu và hình ảnh led 7 đoạn
Dòng cho mỗi đoạn từ 5 đếm 10 mA và điện áp cho các led nhỏ là 2V
b KHỐI GIẢI MÃ
Do đã chọn led anode chung nên chọn IC giải mã anode chung là IC 74LS247
IC 74LS247 có chức năng giải mã số BCD sang mã 7 đoạn để điều khiển led 7 đoạnsáng số thập phân, điều khiển led 7 đoạn loại anode chung, IC có sơ đồ chân như hình 2.3
Trang 17ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
Hình 2.3 Sơ đồ chân IC giải mã số BCD sang 7 đoạn 74LS247
Chức năng các tín hiệu của IC:
vô nghĩa vào (RB) và ra (RBO) Để hiểu trạng thái hoạt động của các ngõ trong IC74LS247 ta tìm hiểu trong Bảng 2.1 dưới đây:
Bảng 2.1 Bảng trạng thái hoạt động của IC74LS247
Trang 18ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
Giải thích hoạt động của IC giải mã 74LS247:
Trạng thái giải mã: từ trạng thái số 0 đến trạng thái thứ 15 là hoạt động giải mã bìnhthường cho 16 trạng thái
này led hiển thị đúng số thập phân từ 0 đến 9 – xem hình 2.4
đúng theo số hex – xem hình 2.4
Trạng thái LT: nếu tín hiệu này ở mức ‘0’ và RBO ở mức ‘1’ thì led sẽ sáng số 8
Trạng thái BI: nếu tín hiệu này ở mức ‘0’ thì led sẽ tắt
Trạng thái RBI: nếu tín hiệu này ở mức ‘0’, 4 ngõ vào số BCD ở “0000”, LT ở mức ‘1’ thìled tắt – có chức năng xóa số 0 vô nghĩa
Trang 19ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
Hình 2.4 Hình ảnh điều khiển led 7 đoạn và hình ảnh led 7 đoạn
Trang 20ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
• 4 ngõ vào P3, P2, P1, P0 để nhận số đếm đặt trước
Để hiểu thêm cách hoạt động cũng như cách điều khiển các chân sao cho đếm lên, đếmxuống của IC 74LS192, ta tham khảo Bảng 2.2 sau:
Bảng 2.2 Bảng trạng thái hoạt động của IC 74LS192
Giải thích hoạt động của IC giải mã 74LS192:
Khi MR ở mức ‘1’ thì IC sẽ reset về trạng thái ban đầu
Trang 21ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
Sau khi tìm hiểu cách thức hoạt động của hai IC 74LS192 và IC74LS247, ta tiến hànhthiết kế sơ đồ mạch đếm, hiển thị cùng với nút nhấn reset trên ứng dụng Proteus 8 Kếtquả sau cùng là hình 2.6 sau:
7SEG2
D0
15 Q0 3 D1
D2
10 Q2 6 D3
UP
5 TCU 12 DN
4 TCD 13 PL
11 MR 14
U12
74LS192
D0
15 Q0 3 D1
D2
10 Q2 6 D3
UP
5 TCU 12 DN
4 TCD 13 PL
11 MR 14
U13
74LS192
A1
C1 E1
Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý mạch đếm, hiển thị, reset
Linh kiện trong mạch đếm và hiển thị được tính toán như sau:
Dòng ngõ ra của 74LS247 cao nhất là = 4.2V , trong khi đó áp vào của con led 7 đoạn
là = 2V Nên cần phải lắp thêm điện trở để hạ áp và hạ dòng vào của led 7 đoạn là I =10mA ta tính được giá trị R:
Áp rơi trên điện trở R: =
Giá trị R:
Vậy chọn R có giá trị là
Trang 22ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
d KHỐI PHÁT HỒNG NGOẠI
Khối phát hồng ngoại sử dụng IC 555 để điều chỉnh tần số phát xung hồng ngoại để điều chỉnh tần số phát xung hồng ngoại :
R 4
U1
555
D1 IR-LED
R4 1k
1 J1
CONN-SIL2
C1 0.1uF
Q1 C1815 R3
10k
R1 10k
Trang 23ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
Hình 2.8 Sơ đồ chân IC 555
Giải thích chức năng các chân của IC 555 :
Công thức tính tần số xung phát tra trong datasheet:
Ta có thông số led hồng ngoại : , ,
Trang 24ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
e KHỐI THU HỒNG NGOẠI VÀ ĐIỀU KHIỂN
Khối thu hồng ngoại sử dụng mắt thu 3 chân TSOP1838 như hình 2.9
Hình 2.9 Mắt thu hồng ngoại 3 chân TSOP1838
Bình thường chân Out của mắt thu ở mức cao khi không nhận tín hiệu hồng ngoại 38kHz, ở mức thấp khi nhận tín hiệu hồng ngoại 38kHz
Sơ đồ mạch thu được thiết kế như hình 2.9:
Trang 25ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
OUT 1
GND 2
Hình 2.10 Mạch thu hồng ngoại đếm lên
Khi có vật thể đi qua, mắt thu không nhận được tín hiệu hồng ngoại 38kHz nên ngõ ra
ở mức cao Ngõ ra của mắt thu sẽ kích cho transistor C1815 làm transistor dẫn Lúc này chân CK-UP ở mức điện áp thấp Sau khi mắt thu tiếp tục nhận được tín hiệu hồng ngoại 38kHz, ngõ ra của mắt thu ở mức cao, transistor NPN C1815 nhưng dẫn, CK-UP lên mức
Linh kiện trong mạch thu hồng ngoại đếm lên như hình trên được tính toán như sau:
Ta sử dụng led thu TSOP1838 có , : , :
Trang 26ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
Hình 2.11 Mạch thu hồng ngoại đếm xuống
2 IC 74LS192 được nối với diode 4148 và chân cathode của các diode này được nốichung với nhau, khi các ngõ ra Q đều ở mức thấp sẽ tạo tín hiệu kích cho transistor PNPA1015 dẫn, tín hiệu từ chân C của transistor A1015 nối chung với ngõ ra của mắt thu hồngngoại và kích cho transistor NPN C1815 làm C1815 dẫn, lúc này chân CK-DOWN nối
Khi 1 trong số các chân Q ở mức cao, mạch sẽ hoạt động như mạch thu hồng ngoạiđếm lên
f KHỐI CHUÔNG
Mạch chuông reng khi đếm về 00 Do đó tín hiệu để kích hoạt mạch chuông lấy từ
Trang 27ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
Hình 2.12 Sơ đồ chân IC MOC3020
Chức năng các chân MOC3020:
Chân anode và cathode dùng để kết nối với mạch điều khiển
Chân 6 và 4 dùng để kết nối với mạch bên ngoài
Sơ đồ nguyên lý mạch chuông như hình 2.12
Nguyên lý hoạt động của mạch chuông như sau: Khi có tín hiệu kích mức thấp,
transistor PNP A1015 dẫn, lúc này MOC3020 dẫn kích vào Triac BT136 làm Triac
dẫn,chuông reng Sau đây là phần giải thích cũng như tính toán linh kiện trong hình 2.12:
Áp nguồn cung cấp Vcc= 5V, trong khi áp vào tối đa của con opto MOC3020 là 3V Nên cần lắp thêm mạch hạ áp bao gồm 1 điện trở và 1 con LED, (để báo hiệu hoạt động của mạch) Chọn điện trở R2 = 150Ω và dòng điện qua LED 0.25mA, ta có giá trị áp vào của opto:
Trang 28ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
(Thỏa)
Mạch để kết nối với ngõ kích từ mạch thu hồng ngoại ta dùng con transistor pnp A1015 để điều khiển Transistor hoạt động khi ngõ kich được tích cực mức thấp( ta xem như tương ứng nối với đất) Khi đó ta tính toán được giá trị R3:
Vậy chọn giá trị R3 =
Do 220V có tải rất lớn nên chọn triac BT136 vì có khả năng chịu tải lên đến 600V Dòng của con triac BT136 có giá trị lớn nhất là 2A, dòng vào của nguồn 220V rất lớn nênphải mắc thêm con trở để hạ dòng đưa vào opto kích cho triac hoạt động Chọn R1 = 470Ω, khi đó:
(Thỏa)
g KHỐI NGUỒN
Mạch sử dụng nguồn 5VDC cho các IC, mắt thu hồng ngoại và transitor Nguồn 220VAC cho chuông điện
Riêng mạch phát hồng ngoại do yếu tố có thể di chuyển nên nguồn pin được sử dụng
để cấp nguồn cho mạch phát hồng ngoại
Mạch tạo nguồn 5V: sử dụng biến áp cách ly tạo nguồn 15VAC, 3A từ nguồn 220VAC,qua cầu diode trở thành nguồn 15VDC Sử dụng IC 7805 thu được nguồn 5VDC từ nguồn 15VDC
Trang 29ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
Hình 2.14 Sơ đồ chân IC 7805
Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn:
C1 6800uF
VI
U1 7805
VI
U3 7905
C3 0.1uF
C4 0.1uF
D5 LED
R1 220
BR1
BRIDGE
1 J1
CONN-SIL3
1 3 J2
CONN-SIL3
C2 0.33uF
C7
10uF
C5 100uF
C6 100uF
VI
U2 7812
CONN-SIL3 1 J6
CONN-SIL3
Hình 2.15 Sơ đồ mạch nguồn 5V – 1A.
Các tụ điện sử dụng trong mạch có tác dụng lọc phẳng điện áp đầu vào và đầu ra không còn gợn nhấp nhô, đảm bảo mạch hoạt động ổn định Tính toán linh kiện mạch nguồn 5V-1A như sau:
Dùng biến áp đôi để đổi nguồn từ 220V AC 15VAC – 3A
Điện áp hoạt động khi qua cầu diode :
Độ gợn sóng
Mà
Chọn tụ lọc
Trang 30ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
Chọn cầu diode
Vậy chọn cầu diode 3A KBP307
Công suất toàn mạch và của từng linh kiện trong bảng sau:
Bảng 2.3 Bảng công suất toàn mạch
Trang 31ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
Hình 2.16 Sơ đồ nút nhấn.
Khi chưa nhấn nút reset, PL ở mức cao và sẽ có áp nạp vào tụ Còn khi nhấn nút reset, tụ C13 sẽ ngắn mạch ngõ PL sẽ ở mức thấp.Lúc này IC 74LS192 sẽ ở trạng thái reset lại số đếm bắt đầu là 99
Do 74LS192 được reset bằng cách giữ chân PL ở mức thấp Lúc này Vcc được nạp vào tụ thường được dung 1uf đến 10uf Nên chọn C13 = 10uf Lắp thêm điện trở kéo R41 để xác lập một trong hai trạng thái là cao hay thấp Chọn R41 = 10k
Trang 32ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
C1 6800uF
VI
U1 7805
VI
U4 7912
C3 0.1uF
C4 0.1uF
D5 LED
R1 220
BR1
BRIDGE
1 3 J1
CONN-SIL3
1 3 J2
CONN-SIL3
C2 0.33uF
C7
10uF
C5 100uF
C6 100uF
1
J3
3 J4
CONN-SIL3 1 3 J5
CONN-SIL3 1 3 J6
Trang 33ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
7SEG2
D0
15 Q0 3 D1
D2
10 Q2 6 D3
UP
5 TCU 12 DN
4 TCD 13 PL
11 MR 14
U12
74LS192
D0
15 Q0 3 D1
D2
10 Q2 6 D3
UP
5 TCU 12 DN
4 TCD 13 PL
11 MR 14
U13
74LS192
A1
C1 E1
Trang 34ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
OUT 1
GND 2
LED THU
R1 1.5k
Q1 C1815
R2 1k
1 J1 CONN-SIL1
1 J2
2 VCC 1 GND
C1 101
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý mạch thu hồng ngoại.
Trang 35ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
Hình: Mạch hiển thị.
Hình: Mạch điều khiển hiển thị.
Trang 36ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
Hình: Mạch chuông.
Trang 37ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
Hình: Mạch thu hồng ngoại.
Hình: Mạch phát hồng ngoại.
Trang 38ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
Hình: Mạch nguồn 5V-1A.
Trang 39ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
Bảng 3.1.Danh sách linh kiện cho mạch:
Trang 40ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
Chương 4:
KẾT LUẬN
Mạch chạy đúng như yêu cầu đề tài
Hướng phát triển: Có thể thay led 7 đoạn nhỏ thành loại lớn
Trang 41ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
TÀI LỆU THAM KHẢO
Trang 42ĐAĐT1 Mạch đếm xe sử dụng led hồng ngoại
DATASHEET CÁC IC LIÊN QUAN