Thiết kế máy bán nước tự động

LỜI MỞ ĐẦU Dưới sức ép mạnh mẽ về nhu cầu sử dụng của người tiêu dùng đã thúc ép các nhà chế tạo không ngừng nghiên cứu, tích hợp và hoàn thiện chúng hàng năm để cho phù hợp với hầu hết

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2

1.1 Kit coolRunner-II 2

1.1.1 Giới thiệu kit coolRunner-II 2

1.1.2 Sơ đồ khối 3

1.1.3 Môi trường lập trình bo mạch XC2C256TQ144 4

1.2 Quang trở 6

1.2.1 Giới thiệu quang trở 6

1.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 6

1.3 Opto PC817 7

1.3.1 Cấu tạo 7

1.3.2 Nguyên lý hoạt động 7

1.4 Động cơ 8

1.4.1 Cấu tạo 8

1.4.2 Nguyên lý hoạt động 8

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ MẠCH 9

2.1 Yêu cầu đồ án 9

Thiết kế máy bán nước tự động dùng kít coolRunner-II 9

2.2 Sơ đồ khối hệ thống 9

2.3 Lưu đồ thuật toán 10

2.4 Mạch nguyên lý 11

2.5 Thiết kế phần cứng 12

2.5.1 Phần mạch điện 12

2.5.2 Phần cơ 14

2.6 Thiết kế phần mềm 15

2.7 Một số hình ảnh về máy bán nước tự động 16

CHƯƠNG III: KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỒ ÁN 18

3.1 Đánh giá kết quả thực hiện đồ án 18

3.2 Hướng phát triển của đồ án 18

PHỤ LỤC 19

LỜI MỞ ĐẦU

Dưới sức ép mạnh mẽ về nhu cầu sử dụng của người tiêu dùng đã thúc

ép các nhà chế tạo không ngừng nghiên cứu, tích hợp và hoàn thiện chúng hàng năm

để cho phù hợp với hầu hết các điều kiện và nhu cầu của xã hội hiện đại ngày nay đó

là một thiết bị phải ngày càng nhỏ gọn, tính công nghệ và tính thẩm mỹ ngày càng phải cao lên Những chiếc máy bán hàng tự động gần đây nhất được chế tạo mang trong nó đầy đủ những tính năng của một chiếc máy thông minh, khả năng xử lýnhanh chóng chính xác, sử dụng đơn giản, gần gũi và thân thiện hơn với người sử dụng

Trong những năm gần đây tại Việt Nam máy bán hàng tự động xuất hiện ở nhiều nơi Có loại nhập khẩu từ nước ngoài, có loại trong nước chế tạo Nhưng gần gũi và dễ thấy nhất đối với chúng ta là máy bán nư ớc tự động dạng lon có mặt ở nhiều nơi như trường học, siêu thị…Vì vậy nhóm chúng em với niềm đam mê các thiết bị tự động chọn đề tài tìm hiểu về máy bán nước tự động

Nhưng vì thời gian và kiến thức có hạn nên nhóm chúng em chỉ thiết kế một máy bán nước với chức năng đơn giản và đây cũng là đồ án tạo tiền đề cho chúng em thực hiện tốt các đồ án sau này

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 Kit coolRunner-II

1.1.1 Giới thiệu kit coolRunner-II

CoolRunner-II được cung cấp bởi hãng Xilinx

Xilinx là nhà phát triển hàng đầu hiện nay trong lĩnh vực chip khả trình, là nhà phát triển FPGA, CPLD được sử dụng rộng rãi trong những ứng dụng truyền thông, tự động hóa, mật mã và các lĩnh vực khác

CoolRunner-II là thiết bị được thết kế cho việc hoạt động với hiệu suất cao và sửdụng năng lượng thấp Điều này cho phép tiết kiệm năng lượng khi truyền thông tốc

độ cao với các thiết bị hoạt động bằng pin Do sử dụng điện năng thấp và năng động nên độ tin cậy của hệ thống được cải thiện

CoolRunner-II bao gồm 16 khối chức năng được liên kết với nhau thông qua ma trận điện kết nối trong nâng cao Ma trận điện kết nối trong là nguồn cung cấp dữ liệu

40 đầu vào và bổ sung cho mỗi khối chức năng Mỗi khối chức năng bao gồm 40 đầu vào và 16 macrocells chứa các bit cấu hình cho phép tổ hợp hoặc thiết lập phương thức hoạt động Ngoài ra chúng ta có thể thiết lập hoặc cài đặt trước và cấu hình như

là một flip flop D hoặc T

CoolRunner-II được phát triển và hoàn thành trên nền tảng USB-powered Bảngmạch này bao gồm hiệu quả năng lượng cao, tiết kiệm năng lượng, khả lập trình và hỗtrợ một số thiết bị vào ra chung Ngoài ra nó cũng có 5 kết nối mở rộng cho phép kếtnối với 64 CPLD sẵn có ở bên ngoài

Hình 1.1.1: Kit coolRunner-II

1.1.2 Sơ đồ khối

Hình 1.1.2: Sơ đồ khối

Tính năng:

 CoolRunner II TQ-144 bao gồm 256 macrocells

 Một cổng USB2 để lập trình JTAG và truyền dữ liệu

 Tần số cố định 8MHz và một ổ cắm cho tần số ngoại

 Mở rộng kết nối với 64 tín hiệu vào ra

 Một dây DS28E01Q EEPROM

CoolRunner-II có thể được cấp nguồn từ cổng USB tách rời của nó hoặc từ mộtnguồn cung cấp bên ngoài gắn vào kết nối JP3, JP2 chọn xem bảng mạch sử dụngnguồn USB hoặc nguồn điện bên ngoài Nguồi điện bên ngoài, từ bất kỳ nguồn nàođược định tuyến thông qua một điều chế cơ bản LT3028 để tạo ra 2 nguồn cung cấpđiện áp 3.3V cho I/O và 1.8V cho lõi theo yêu cầu của CPLD.

CoolRunner-II cung cấp 2 nút bấmBTN0 và BTN1 hoạt động mức tích cực thấp,

2 thiết bị chuyển mạch trượt đầu vào là SW0 và SW1, 4 đèn led xanh và 4 led 7 đoạnanode chung

1.1.3 Môi trường lập trình bo mạch XC2C256TQ144

Sử dụng ngôn ngữ mô tả phần cứng Verilog

Verilog là một trong hai ngôn ngữ mô tả phần cứng chính (gồm VHDL và Verilog HDL) được người thiết kế phần cứng sử dụng để mô tả, thiết kế các hệ thống

số, ví dụ như máy tính hay linh kiện điện tử

VHDL là ngôn ngữ mô tả phần cứng cho các mạch tích hợp tốc độ rất cao, làmột loại ngôn ngữ mô tả phần cứng được phát triển dùng cho trương trình VHSIC( Very High Speed Itergrated Circuit ) của bộ quốc phòng Mỹ Mục tiêu của việcphát triển VHDL là có được một ngôn ngữ mô phỏng phần cứng tiêu chuẩn và thốngnhất cho phép thử nghiệm các hệ thống số nhanh hơn cũng như cho phép dễ dàng đưacác hệ thống đó vào ứng dụng trong thực tế

Phần mền dùng để lập trình là Xilinx ISE 10.1

Giao diện phần mềm lập trình:

Hình 1.1.3: Giao diện ISE 10.1

1.2 Quang trở

1.2.1 Giới thiệu quang trở

Là một loại điện trở, mà điện trở suất của nó giảm xuống rất nhanh khi có ánh sáng chiếu vào, làm bằng CdS hoạt dộng trên hiện tượng quang dẫn

Ứng dụng :Chế tạo các điện trở có giá trị thay đổi theo cường độ ánh sáng kích thích

1.2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Hình 1.2.1: Hình ảnh về quang trở

Quang điện trở có cấu tạo gồm: một sợi dây (hoặc một màng) bằng chất quang dẫn (1) gắn trên một đế cách điện (2)

Hình 1.2.2 Cấu tạo và ký hiệu quang trở

Một quang điện trở bằng CdS có điện trở vào khoảng 3.106 Ω khi không được chiếu sáng, và có điện trở vào khoảng 20Ω khi được chiếu sáng

1.3 Opto PC817

1.3.1 Cấu tạo

Opto hay còn gọi là cách ly quang là linh kiện tích hợp có cấu tạo gồm 1 led và 1photo diot hay 1 photo transitor Được sử dụng để các ly giữa các khối chênh lệch nhau về điện hay công suất như khối có công suất nhỏ với khối điện áp lớn

1.4 Động cơ

1.4.1 Cấu tạo

Cấu tạo của động cơ DC gồm 2 thành phần chính là phần tĩnh (Stato) và phầnđộng (Roto)

Stato của động cơ DC gồm nam châm vĩnh cử

Roto : Phần ứng bao gồm một lõi hình trụ làm bằng các lá thép kỹ thuật điện được gắn lên trục Bề mặt ngoài của lõi có các rãnh để quấn dây, các đầu dây của phầnứng được hàn vào cổ góp

Hình 1.4.1: Motor DC

1.4.2 Nguyên lý hoạt động

Khi có một dòng điện một chiều chạy qua cuộn dây quấn xung quanh một lõi sắtnon, cạnh phía bên cực dương sẽ bị tác động bởi một lực hướng lên, trong khi cạnh đối diện lại bị tác động bằng một lực hướng xuống theo nguyên lý bàn tay trái của Fleming Các lực này gây tác động quay lên cuộn dây, và làm cho roto quay

2.1 Yêu cầu đồ án

Thiết kế máy bán nước tự động dùng kít coolRunner-II

Sử dụng quang trở làm cảm biến

Giá một chai nước là 4000 Có 3 khe đưa tiền vào với mức giá là 1000, 2000,

3000 Có 1 khe đưa nước ra và 2 khe trả lại tiền thừa với 2 mức giá là 1000 và 2000

2.2 Sơ đồ khối hệ thống

Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống Khối cảm biến: Gồm 3 module quang trở.

Khối động cơ: Gồm 3 động cơ để điều khiển cho nước ra và trả lại tiền thừa Khối hiển thị: Hiển thị lên 2 led 7 đoạn ở trên kít, hiển thị số tiền thả vào và số tiền thừa nếu có

Khối nguồn: Gồm nguồn 5V và nguồn 12V cung cấp toàn bộ nguồn cho hệ thống

Hiển thị

XC2C256 TQ144

Nguồn cấp

Hình 2.2: Lưu đồ thuật toán

6 hoặc 4 cũng với điện áp 3,3V để điều khiển động cơ trả tiền thừa 1000 hoặc 2000 tùy vào số tiền thừa khi thả vào.

2.5.1 Phần mạch điện

a Kít coolRunner-II

Hình 2.4: Kit coolRunner-II

b Mạch điều khiển động cơ

Hình 2.5: Mạch điều khiển động cơ

Khi có tín hiệu điện áp 3,3V đưa vào chân 1 của opto thì led phát sáng làm cho photo transitor thông, khi photo transitor thông dẫn đến có điện áp 12V đặt trên động

cơ và làm động cơ quay Ngược lại khi điện áp 0V đưa vào chân 1 của opto thì động

cơ không quay

Hình 2.6: Module quang trở

Khi quang trở có ánh sáng chiếu vào thì điện áp ra của LM358 là 3,3V tương ứng với mức logic 1 Khi không có ánh sáng chiếu vào thì điện áp ra của LM358 là 0V tương ứng với mức logic 0

d Mạch nguồn

Hình 2.7: Mạch nguồn

Mạch nguồn cung cấp điện áp 5V cho hệ thống

a Một hộp kín làm vỏ máy bán nước.

b Băng truyền trả nước.

Hình 2.8: Băng truyền trả nước

Nước sẽ được trả cho khách hàng bằng cách sử dụng động cơ điện một chiều làm quay băng truyền, trên băng truyền có một thanh gạt, khi băng truyền quay thanh gạt sẽ gạt nước ra và nước rơi vào hốc đựng nước

c 2 ống trả tiền thừa

Một máy bán hàng cần phải có cơ cấu trả lại tiền thừa cho người mua Cơ cấu trảtiền phải chính xác và nhanh, đảm bảo trả lại đúng tiền thừa cho khách hàng Có thể vận dụng nguyên lý mô tả trong hình dưới đây để thiết kế cơ cấu trả tiền

Hình 2.9: Phần trả tiền thừa

ra ngoài Sau đó tiền sẽ được rơi vào máng nghiêng và rơi xuống hộc trả tiền Kết thúcphần trả tiền thừa.

Thời gian quay của motor DC trả tiền thừa được tính toán và được xử lý

Hình 2.11: Testbench

Hình 2.12: Một số hình ảnh về máy bán nước

CHƯƠNG III: KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN

CỦA ĐỒ ÁN

3.1 Đánh giá kết quả thực hiện đồ án

Đồ án “ THIẾT KẾ MÁY BÁN NƯỚC TỰ ĐỘNG “, như đã trình bày ở trên

là một đề tài có ứng dụng cao, cung cấp cho thị trường máy bán nước tự động có thể đặt được ở mọi nơi nhăm đáp ứng nhu cầu của con người

Vận dụng những kiến thức đã học cùng sự cố gắng của cả nhóm, nhóm em đãthực hiện được những phần sau đây:

 Nắm rõ được quang trở

 Tạo ra được module quang trở phù hợp với đồ án

 Thực hiện khối điều khiển động cơ

 Thiết kế được mạch công suất để cung cấp nguồn & điều khiển thiết bị

Bên cạnh đó, hệ thống còn một số nhược điểm sau:

 Hệ thống máy bán nước được thiết kế còn khá đơn giản, chưa có nhiềutính năng

Đồ án đã đạt được một số kết quả nhất định, song để đáp ứng cho một bài toán thực tế còn chưa thật rối ưu Sau đây là một số hướng phát triển mà nhóm em dự định

sẽ làm:

 Nâng cấp hệ thống nhận tiền, chỉ cần một đầu vào mà có thể nhận biết được nhiều loại tiền và phân biệt được tiền thật hay giả

seg : out STD_LOGIC_VECTOR(6 downto 0);

AN : out STD_LOGIC_VECTOR(1 downto 0)

);

end dambn;

type status is (T0,T1,T2,T3,T4,T5,T6);

signal cst,nst: status:=T0;

signal flag: STD_LOGIC;

signal count1,count2,count3: integer range 0 to 99999999;signal clk_an: STD_LOGIC:='0';

signal tien: STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0 );

signal mode2: STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0):=x"0";signal temp: STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0);

signal repay: STD_LOGIC_VECTOR(3 downto 0);

signal clk_use: STD_LOGIC:='0';

elsif(S3='0') then nst<=T3;tien<=x"3";repay<=x"0"; end if;

when T1 => if(S1='0') then nst<=T2;tien<=x"2";repay<=x"0";

elsif(S2='0') then nst<=T3;tien<=x"3";repay<=x"0"; elsif(S3='0') then nst<=T4;tien<=x"4";repay<=x"0"; end if;

when T2 => if(S1='0') then nst<=T3;tien<=x"3";repay<=x"0";

elsif(S2='0') then nst<=T4;tien<=x"4";repay<=x"0"; elsif(S3='0') then nst<=T5;tien<=x"5";repay<=x"1"; end if;

when T3 => if(S1='0') then nst<=T4;tien<=x"4";repay<=x"0"; elsif(S2='0') then nst<=T5;tien<=x"5";repay<=x"1"; elsif(S3='0') then nst<=T6;tien<=x"6";repay<=x"2"; end if;

when T4 => if (flag='1') then nst<=T0;tien<=x"0";repay<=x"0";

if(cst=T4) then coca<='1'; P1<='0'; P2<='0'; flag<='1';

elsif(cst=T5) then coca<='1'; P1<='1'; P2<='0'; flag<='1'; elsif(cst=T6) then coca<='1'; P1<='0'; P2<='1'; flag<='1'; else

if(clk'event and clk='1') then

if (count2=2199999) then count2<=0;

if(clk'event and clk='1') then

if (count3=2499) then count3<=0;

clk_an<='1';

if(clk_an'event and clk_an='1')then

if(mode2=x"1") then mode2<=x"0";

end process;

with temp select