Vi xử lý ứng dụng bãi đỗ xe tự động

Áp dụng những thành tựu khoa học ta có thể sử dụng các phương tiện hoàn toàn tự động để điều khiển bãi đỗ xe tự động, không những giảm được nhân lực , đáp ứng được kinh tế mà còn có thể

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ ĐIỀU KHIỂN BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG

đó việc kiểm soát vé là cũng khó khăn

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà trong đó là kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin…

do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng

Áp dụng những thành tựu khoa học ta có thể sử dụng các phương tiện hoàn toàn tự động để điều khiển bãi đỗ xe tự động, không những giảm được nhân lực , đáp ứng được kinh tế mà còn có thể kiểm soát được số lượng vé trong ngày, tháng quý

Trong giới hạn đề tài em chỉ thiết kế hệ thống điều khiển bãi đỗ xe với việc đếm số lượng xe ra vào hay quản lý số chỗ đỗ xe, số xe có trong bãi và điều khiển thanh chắn ra vào

Để thực hiện được điều đó cần phải thiết kế hai phần chính sau: bộ phận cảm biến và bộ phận đếm

* Bộ phận cảm biến: gồm phần phát và phần thu Thông thường người ta

sử dụng phần phát là led hồng ngoại để phát ra ánh sáng hồng ngoại mục đích để

chống nhiễu so với các loại ánh sáng khác, còn phần thu là transistor quang để thu ánh sáng hồng ngoại.

* Bộ phận đếm: có nhiều phương pháp thực thi đó la

-Lắp mạch dùng kỹ thuật số với các IC đếm, chốt, so sánh ghép lại

-Lắp mạch dùng kỹ thuật vi xử lí

-Lắp mạch dùng kỹ thuật vi điều khiển

1.2 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

1.2.1 Với mạch đếm sản phẩm dùng IC rời

• Ưu điểm:

-Cho phép tăng hiệu suất lao động

-Đảm bảo độ chính xác cao

-Tần số đáp ứng của mạch nhanh, cho phép đếm với tần số cao

-Khoảng cách đặt phần phát và phần thu xa nhau cho phép đếm những sản phẩm lớn

-Tổn hao công suất bé, mạch có thể sử dụng pin hoặc accu

-Khả năng đếm rộng

-Giá thành hạ

-Mạch đơn giản dễ thực hiện

Với việc sử dụng kỹ thuật số khó có thể đáp ứng được việc thay đổi số đếm Muốn thay đổi một yêu cầu nào đó của mạch thì buộc lòng phải thay đổi phần cứng Do đó mỗi lần phải lắp lại mạch dẫn đến tốn kém về kinh tế mà nhiều khi yêu cầu đó không thực hiện được bằng phương pháp này

Với sự phát triển mạnh của nghành kỹ thuật số đặc biệt là cho ra đời các

họ vi xử lí và vi điều khiển rất đa chức năng do đó việc dùng kỹ thuật vi xử lí,

kỹ thuật vi điều khiển đã giải quyết những bế tắc và kinh tế hơn mà phương pháp dùng IC rời kết nối lại không thực hiện được

1.2.2 Với mạch đếm sản phẩm dùng kỹ thuật vi xử lí

Ngoài những ưu điểm như đã liệt kê trong phương pháp dùng IC rời thì mạch đếm sản phẩm dùng kỹ thuật vi xử lí còn có những ưu điểm sau:

-Mạch có thể thay đổi số đếm một cách linh hoạt bằng việc thay đổi phần mềm, trong khi đó phần cứng không cần thay đổi mà mạch dùng IC rời không thể thực hiện được mà nếu có thể thực hiện được thì cũng cứng nhắc mà người công nhân cũng khó tiếp cận, dễ nhầm

- Số linh kiện sử dụng trong mạch ít hơn

-Mạch đơn giản hơn so với mạch đếm sản phẩm dùng IC rời và có phần cài đặt số đếm ban đầu

-Mạch có thể lưu lại số liệu của các ca sản xuất

-Mạch có thể điều khiển đếm được nhiều dây chuyền sản xuất cùng lúc bằng phần mềm

-Mạch cũng có thể kết nối giao tiếp được với máy tính thích hợp cho những người quản lí tại phòng kỹ thuật nắm bắt được tình hình sản xuất qua màn hình của máy vi tính

Nhưng trong thiết kế người ta thường chọn phương pháp tối ưu nhưng kinh

tế do đó chúng em chọn phương pháp đếm sản phẩm dùng kỹ thuật vi điều khiển

1.2.3 Phương pháp đếm sản phẩm dùng vi điều khiển

Ngoài những ưu điểm có được của hai phương pháp trên, phương pháp này còn có những ưu điểm :

-Trong mạch có thể sử dụng ngay bộ nhớ trong đối với những chương trình

có quy mô nhỏ, rất tiện lợi mà vi xử lí không thực hiện được

-Nó có thể giao tiếp nối tiếp trực tiếp với máy tính mà vi xử lí cũng giao tiếp được với máy tính nhưng là giao tiếp song song nên cần có linh kiện chuyển đổi dữ liệu từ song song sang nối tiếp để giao tiếp với máy tính

1.3 MỤC ĐÍCH YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI

Trong bài tập này em thực hiện mạch đếm số lượng xe ra vào bằng phương pháp đếm xung Như vậy mỗi xe đi qua cửa phải có một thiết bị để cảm nhận xe

ra vào, thiết bị này gọi là cảm biến Khi một xe đi qua cảm biến sẽ nhận và tạo

ra một xung điện đưa về khối xử lí để tăng dần số đếm hoặc giảm dần số đếm Tại một thời điểm tức thời, để xác định được số đếm cần phải có bộ phận hiển thị Tuy nhiên mỗi bãi đỗ xe lại yêu cầu với số đếm khác nhau vì thế phải có sự linh hoạt trong việc chuyển đổi số đếm Bộ phận chuyển đổi trực quan nhất là bàn phím Khi cần thay đổi số đếm người sử dụng chỉ cần nhập số đếm ban đầu vào và mạch sẽ tự động đếm Khi số xe được đếm bằng với số đếm ban đầu thì mạch sẽ tự động dừng Từ đây suy ra mục đích yêu cầu của đề tài:

-Số đếm phải chính xác, và thay đổi việc cài đặt số đếm ban đầu một cách linh hoạt

-Bộ phận hiển thị phải rõ ràng ( led 7 vạch)

-Mạch điện không quá phức tạp, bảo đảm được sự an toàn, dễ sử dụng.-Giá thành không quá đắt

KHỐI HIỂN THỊ

Chấp hành

- Khối xử lý: Khối xử lý có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ khối cảm biến, nhận biết đối tượng và đưa ra các lệnh điều khiển tới khối chấp hành.

- Khối hiển thị: Khối hiện thị có nhiệm vụ hiển thị trạng thái của hệ thống (led

Với hồng ngoại có rất nhiều cách có thể được sử dụng để cảm biến Với các sản phẩm có độ bóng cao có thể ứng dụng đặc tính phản xạ của hồng ngoại để cảm biến, bằng phương pháp này chúng ta sẽ bố trí cặp thu phát ở cùng một phía, rất dễ cho lắp đặt, nhưng với các sản phẩm có độ phản xạ không cao thi ta

sẽ bố trí cặp thu phát ở hai phía, phương pháp này cho chúng ta độ tin cậy cao hơn tuy nhiên khi lắp đặt thiết bị sẽ phức tạp hơn

Hoạt động của mạch điện này nh sau:

Ngay khi cung cấp điện lần đầu cho mạch này, điện áp trên tụ C1 bằng 0V nên mạch ở trạng thái ban đầu nh sau: R = 0, S = 1 ⇒ Q của FF ở mức logic cao

⇒ Q bù của FF ở mức logic thấp (0V) dẫn đến T1 tắt mức điện áp ra ở chân 3 ở mức cao Tụ C1 bắt đầu nạp điện qua điện trở R1, R2 cho đến khi điện áp trên C1 tăng đến trị số 2/3Vcc ( lúc điện áp trên tụ C1 tăng quá Vcc/3, mạch so sánh 2 đổi trạng thái R = S = 0 nên FF vẫn giữ nguyên trạng thái cũ chân 3 vẫn ở mức cao) ở thời điểm này mạch so sánh 1 đổi trạng thái nên R = 1, S = 0 FF đổi trạng thái tức

là Q bù ở mức cao phân cực cho T1 dẫn bão hoà làm cho chân 3 chuyển trạng thái

về mức thấp, tụ C1 phóng điện qua R1, chân 7 và T1cho đến khi điện áp trên tụ giảm xuống còn 1/3Vcc mạch so sánh 2 đổi trạng thái S = 1, R = 0 Q bù của FF chuyến lên mức điện áp cao T1 tắt tụ C1 lại bắt đầu nạp đến điện áp 2/3Vcc Chu trình cứ lặp đi lặp lại tại chân 3 sẽ tạo dao động xung vuông Vì R2 rất lớn hơn R1 nên thời gian nạp lớn hơn rất nhiều thời gian phóng nên một chu kỳ của bộ định thời t = R2.C1 = 0,01 s Vậy tần số phát là f = 1/t = 100Hz

B Hệ thống thu

Phớa thu ta dựng mạch điện như sau:

H2.2: Mạch điện phớa thu

Khối 1: có nhiệm vụ tạo dao động theo tín hiệu của Diot thu hồng ngoại,

lọc và khuếch đại sơ bộ tín hiệu thu được

Như vậy khối một sẽ gồm các linh kiện: Diot thu D2, bộ khuếch đại thuật toán (IC1), tụ C2, C3, điện trở R4, R5

Trong đó IC1, điện trở R4, tụ C2 đóng vai trò là bộ lọc tích cực thông thấp một cực dùng hồi tiếp âm

Khối 2: Có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu gồm IC 2 , tụ C4, R6, R7.

Với hệ số khuếch đại tính theo công thức:

Yêu cầu cần hệ số khuếch đại cỡ 150 lần ta chọn R7 = 330K,

R6 = 1K, tụ C4 = 1µF suy ra Z ≅ 2K

Tín hiệu sau khi được khuếch đại qua tụ nối tầng C5 đưa vào khối 3

Khối 3: Có nhiệm vụ tách sóng tạo tín hiệu một chiều để đưa vào bộ so sánh

tạo mức điện áp ra một chiều ở mức logic 0, 1 có thể tích hợp với bộ xử lý số

Để thực hiện tách sóng ta dùng một Diot D3 (1N4148) và tụ lọc C6(1µF) D4(1n4148), R8(1K), R9(1K) tạo thành một mạch phân áp có nhiệm vụ bù sụt

áp tín hiệu xoay chiều được chỉnh lưu bởi D3

• Hoạt động phát hiện xe ra vào của khối Cảm biến

Trong hệ thống sử dụng 2 bộ thu phát hồng ngoại (bộ 1 và bộ 2) để nhận biết sự xuất hiện và chiều di chuyển của xe (đi vào hay đi ra) Căn cứ vào thứ tự chắn các đèn hồng ngoại mà ta có thể kết luận rằng xe đó đi vào hay đi ra

Cụ thể như sau:

Z

R 1

u = +

H2.3: Sơ đồ bố trí cảm biếnNhư vậy đối tượng đi vào và đi ra theo 2 chu trình khác hẳn nhau, ta sử dụng sự khác biệt này để lập trình cho Vi diều khiển nhận ra chúng.

• Ghép nối có SN7447 - LED 7 nét ở chế độ tĩnh

Một trong các phối ghép giữa vi xử lý và đèn LED 7 nét thường thấy là dùng mạch SN7447 để giải mã số BCD ra 7 nét Đây là kiểu điều khiển đèn LED ở chế độ hiển thị tĩnh với đặc điểm là khá đơn giản về kết cấu nhưng lại rất

Đầu thu 1 Đầu phát 2

Đầu phát 1 Đầu thu 2 Vµo

Ra

tốn năng lượng: để thắp sáng các nét của đèn LED thì phải có dòng điện liên tục

đi qua

H2.4: Phối ghép vi xử lý với LED 7 nét thông qua mạch SN7447

Ta có thể tính sơ bộ để có thể thấy sự tiêu tốn năng lượng của việc hiển thị theo cách này Một đèn LED 7 nét tiêu tốn năng lượng nhiều nhất khi nó phải hiện ra số 8 và lúc này nó tiêu thụ doing điện khoảng 140 mA (khoảng 20mA/nét tuỳ theo chủng loại0 Bản than một mạch SN7447 khi hoạt đọng cũng tiêu thụ doing điện khoảng 14mA Nếu tadùng đèn LED này để hiển thị 8 chử số (địa chỉ và dữ liệu) thì riêng mạch chỉ thị ta phải cung cấp khoảng 1.5mA

• CPU 7447 - LED 7 nét ở chế độ động - dồn kênh

ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9

P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32

P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8

P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.7/RD 17 P3.6/W RP3.5/T1 16 15 P2.7/A15 28

P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27

1 QB 12 C

2 QC 11 D

6 QD 10 BI/RBO

4 QE 9 RBI

5 QF 15 LT

B c

C ’47 d

D e

LT f RBI BI g

8051

P2.0-P2.7

MAN7 a

f b g

e c

d

150 Ω

Để khắc phục nhược điểm của mạch phối ghép hiển thị tĩnh như đã được nêu ở trên, người ta thường sử dụng mạch phối ghép hiển thị động làm việc theo nguyên tắc dồn kênh: toàn bộ cá đèn hiển thị dùng chung một bộ điều khiển SN7447 và các đèn LED không được thắp sáng liên tục mà luân phiên nhau sáng theo một chu kỳ nhất định Công suất tiêu thụ nhờ thế mà giảm đi rất nhiều

mà vẫn đạt được hiệu quả hiển thị

Nguyên tắc hoạt động

Giá trị số cần hiển thị của mỗi con số được gửi đến cổng P2 từ CPU dưới dạng mã BCD Từ đây BCD được mạch SN7447 giải mã và tạo ra các tín hiệu điều khiển thích hợp đưa đến các chân catốt a.b, g của LED Mỗi giá trị cần hiển thị được đưa đến cổng P2cứ mỗi 2ms một lần cho một đèn

Giá trị số nói trên được hiện ra trên chử số thập phân nào lại là do các bit của byte dữ liệu từ CPU đưa đến cổng PA của mạch 8255A quyết định

Như vậy cứ mỗi 2ms thì ta phải đưa dữ liệu ra PB rồi PA và cho hiện ra một giá trị số trên một đèn Nếu cả thảy có 8 LED 7 nét thì ta mất 16ms để cho hiện số ra cả dãy đèn Quá trình trên lặp đi lặp lại làm cho ta có cảm giác là đèn sáng liên tục mặc dù trong thực tế chúng được điều khiển để sáng không liên tục

Một phương pháp phối ghép giống như trên nhưng không dùng mạch giải

mã SN7447 cũng rất hay được sử dụng Thay vì mạch SN7447 như trên, tại đây

ta dùng một bộ khuếch đại đệm chỉ để nâng cao khả năng tải của cổng PB Vì thế trong trường hợp này CPU phải đưa đến PB không phải là 4 bit mã BCD của giá trị số hiển thị mà là các mẫu 7 bit để làm sáng các nét tương ứng với giá trị

số đó Như vậy CPU phải để thì giờ để chuyển đổi từ giá trị số hệ 16 sang mẫu bit dành cho các nét của LED

2.1.3 Khối chấp hành

Đầu vào : Lấy từ 89C51

Đầu ra : Nối với động cơ

• Nhiệm vụ khối chấp hành:

Khối này nhận tín hiệu điều khiển từ 89C51 để điều khiển chiều quay động cơ (chiều dịch chuyển của thanh chắn).

Sơ đồ khối.

Sơ đồ mạch điều khiển chiều quay động cơ

H2.6: Sơ đồ mạch điều khiển động cơ truyền động thanh chắn

• Nguyên lý hoạt động :

Đầu A, B lấy tín hiệu từ 89C51

+Khi A=1, B=0 , thì đầu ra của mạch điều khiển sẽ đặt lên động cơ một điện áp 1 chiều 7V  Làm động cơ quay theo 1 chiều nhất định

+Khi A=0, B=1 , thì đầu ra của mạch điều khiển sẽ đặt lên động cơ một điện áp 1 chiều 7V ngược cực tính với trường hợp trước  Làm động cơ quay theo chiều ngược với trường hợp trước

VI ĐIỀU

KHIỂN

Điều khiển chiều quay động cơ

Động cơ

Như vậy, với việc điều khiển mức tín hiệu ra của vi điều khiển ta đã điều khiển được chiều quay của động cơ theo ý muốn.

Động cơ được lựa chọn trong mạch ứng dụng này là động cơ 1 chiều Động

cơ quay khi điện áp đặt vào nó từ 5V-12V Chiều quay của động cơ thay đổi khi đổi vị trí 2 cực điện áp đặt vào

ALE 30 EA 31 PSEN 29

RST 9

P0.0/AD0 39P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 33P0.7/AD7 32

P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8

P3.0/RXD 10P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14 P3.7/RD 17P3.6/WRP3.5/T1 16 15 P2.7/A15 28

P2.0/A8 21P2.1/A9 22 P2.2/A10 23P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26P2.6/A14 27

• Nhận dữ liệu vào từ khối cảm biến.

Khối cảm biến có 2 bộ thu phát tín hiệu hồng ngoại làm nhiệm vụ phát hiện đối tượng Hai đầu báo hiệu của 2 bộ thu phát được đưa vào vi điều khiển (Chân P3.0 và chân P3.1) Như đã trình bày ở trên đối đi vào hay đi ra theo 2 chu trình khác nhau, nhờ đó mà phân biệt được Sau khi được nối với vi điều khiển, các thông tin về 2 quá trình này được đưa vào khối xử lý nhận biết và ra quyết định cho khối chấp hành

• Kết nối với khối hiển thị.

Dùng Port 2 (8 bit )của 89C51 để xuất dữ liệu cần hiển thị Dữ liệu cần hiển thị chính là số vị trí còn trống trong bãi đỗ Đây là 8 bit nhị phân sau đó được giải mã thành BCD rồi đưa ra khối hiển thị

• Kết nối với khối chấp hành:

Dùng 2 chân của 89C51 để điều khiển khối chấp hành (điều chỉnh chiều quay động cơ)

9999 vì vậy có thể nhập vào số đếm trong phạm vi từ 0 đến tối đa 9999, do đó trong mạch sử dụng 10 phím số từ 0 đến 9 Và mỗi lần nhập số vào để nhận biết

là nhập mấy số hoặc đã nhập xong và muốn biết cho phép đếm chưa hoặc hủy

phím chức năng từ A đến F Do đó bàn phím gồm 16 phím được kết nối vào port

1 của 8051:

Sơ đồ khối kết nối như sau:

H2.8 : Sơ đồ khối kết nối bàn phím

ALE 30 EA 31 PSEN 29

RST 9

P0.0/AD0 39P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33P0.7/AD7 32

P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8

P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14P3.7/RD 17P3.6/WRP3.5/T1 16 15 P2.7/A15 28

P2.0/A8 21P2.1/A9 22 P2.2/A10 23P2.3/A11 24P2.4/A12 25 P2.5/A13 26P2.6/A14 27

1 QB 12 C

2 QC 11 D

6 QD 10 BI/RBO

4 QE 9 RBI

5 QF 15 LT

1 QB 12 C

2 QC 11 D

6 QD 10 BI/RBO

4 QE 9 RBI

5 QF 15 LT

1 QB 12 C

2 QC 11 D

6 QD 10 BI/RBO

4 QE 9 RBI

5 QF 15 LT

1 QB 12 C

2 QC 11 D

6 QD 10 BI/RBO

4 QE 9 RBI

5 QF 15 LT

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ PHẦN MỀN

3.1 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN

3.1.1 Chương trình chính

Để hệ thống đi vào hoạt động trước hết ta phải cấp nguồn khởi động các phần tử trong hệ thống Tiếp đó ta tiến hành cài đặt thông số ban đầu cho hệ thống Đó là số lượng xe được phép vào bãi Số liệu này được cài đặt thông qua bàn phím Sau đó khởi động bộ đếm, nhận dữ liệu từ khối cảm biến Dữ liệu nhận từ khối cảm biến sẽ được xử lý và hiển thị trên led số lượng vị trí còn trống trong bãi thông qua việc so sánh số lượng cài đặt ban đầu với số lượng xe ra vào bãi Khi số lượng xe trong bãi đã đầy hệ thống ngừng hoạt động, báo hiệu cho người quản lý biết không cho phép xe vào bãi nữa

Lưu đồ thuật toán cho chương trình chính