ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ: HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG

MỤC LỤC TRANGChương 1: Tổng Quan Về hệ Thống……………………………………………11.1Đạt vấn đề ……………………………………………………………………11.2 Các phương thức đã được sử dụng trước đó……………………………….11.3 Nhiệm vụ của luận văn…………………………………………….................11.4Thực hiện ……………………………………………………………………...21.4.1Sơ đồ khối của hệ thống…………………………………………………….21.4.2 Mô tả hoạt động của mô hình……………………………………………...2Chương2:Lý thuyết về mạch ………………………….………………………...32.1 Phần tử lôgic AND……………………………………………..……………. 32.2 Tổng quan về flip flop (FF)……………………..…………………………………..32.2.1 Các loại FF …………………………………………………………………4a) FF SR (mạch lật lại đặt)……………………………………………………….4b) FF JK…………………………………………………………………………..5c) FF T…………………………………………………………………………….6d) FF D……………………………………………………………………………6e) Mạch chốt D …………………………………………………………………..72.2.2 Flip flop khi có thêm ngõ vào trực tiếp…………………………………...82.3 Tụ điện………………………………………………………………………..92.4 Điên trở ………………………………………………………………………92.5 Diốt…………………………………………………………………………..10a) Phân cực thuận:………………………………………………………………10b) Phân cực nghịch:……………………………………………………………..112.6 LED……………………………………………………………………….….11a.Hình dạng led………………………………………………………...…….….11 b.Hoạt động …………………………………………………………………….122.7 Thạch anh…………………………………………………………………...132.8 transistor………………………………………………………………….…14Chương 3:Thiết kế và thi công mô hình phần cứng………………………….153.1Cấu trúc phần cứng…………………………………………………………153.2 Các khối chức năng…………………………………………………………153.2.1 Khối tạo xung lock………………………………………………………..153.2.2Khối đếm sô nhị phân:…………………………………………………….173.2.3Khối sử lý tín hiệu logic……………………………………………………173.2.4khối On/OFF Relay ………………………………………………….……183.2.5 Khối hiển thị………………………………………………………………183.3 Hình ảnh thực Hình ảnh thực của mô hình phần cứng …………………19Chương 4: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH………………………204.1 Sơ đồ nguyên lý……………………………………………………………...204.2 Nguyên lý hoạt động …………………………………………………..……21Chương 5: THI CÔNG MẠCH IN…………………………………………….225.1 Sơ đơ sấp xếp linh kiện………………………………………………..…….225.2 Sơ đồ mạch in…………………………………………………………..……225.3Dụng cụ sử dụng……………………………………………………………..235.4Quá trình thi công …………………………………………………………...23Chương 6: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI….246.1 Nhận xét chung………………………………………………………………246.2 Hướng phát triển đề tài…………..…………………………………………24

LỜI MỞ ĐẦU

Việt Nam là một nước đang trên con đường phát triển và đang hòa nhập

vào sự phát triển của “WTO” tạo ra thay đổi về mặt kinh tế xã hội của nước

ta Tạo cơ hội cho học sinh – sinh viên chúng em tiếp cận và nắm bắt được nhiều thành tựu vĩ của thế giới, đặc biệt là về các lĩnh vực khoa học kỹ thuật nói chung và ngành Điện Tử nói riêng.Thế hệ trẻ chúng ta không tự mình phấn đấu học hỏi thì chúng ta sẽ sớm lạc hậu và nhanh chống bị đẩy lùi Nhìn thấy được điều đó trường:

“ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH” đã sớm chủ

trương hình thức đào tạo sâu rộng, từ thấp đến cao Để tăng chất lượng học tập của sinh viên nhà trường nói chung và trung tâm Điện Tử nói riêng đã tổ chức cho sinh viên làm đồ án môn học nhằm tạo nền tảng vửng chắc cho sinh viên khi ra trường, đáp ứng nhu cầu tuyển dụng việc làm Chính vì vậy

chúng em đã chọn đề tài: HỆ THỐNG TƯỚI CÂY TỰ ĐỘNG

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên nhóm chúng em muốn dành gởi tình cảm chân thành của

nhóm đến Thầy cô giáo khoa công nghệ điện tử và thầy Trần Văn Hùng đã

dạy chúng em và tận tình hướng dẫn và giúp đỡ cho chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này.và do kiến thức còn hạn hẹp nên trong quá tr ình thực hiện đồ án chúng em không thể tránh khỏi những sai sót.kính mong quý thầy cô trong hội đồng khảo thi chỉ dẫn bỏ qua và giúp đỡ

Cảm ơn sự giúp đỡ của giảng viên nh óm ch úng em chắc rằng cuốn đồ

án này cũng không tránh khỏi những thiếu sót trong khi làm cũng như trong suốt quá trình chúng em thực hiện đồ án này,ch úng em rất cảm ơn nếu nhận được những ý kiến đóng góp của khoa,giảng viên va cùng với tất cả các bạn đọc để chúng tôi ngày càng hoàn thiện hơn và chúng tôi hi vọng sẽ làm tốt hơn trong quá thình thi công đồ án 2

chúng em xin chân thành cảm ơn.

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

…

MỤC LỤC TRANG

Chương 1: Tổng Quan Về hệ Thống………1

1.1 Đạt vấn đề ………1

1.2 Các phương thức đã được sử dụng trước đó……….1

1.3 Nhiệm vụ của luận văn……… 1

1.4Thực hiện ……… 2

1.4.1Sơ đồ khối của hệ thống……….2

1.4.2 Mô tả hoạt động của mô hình……… 2

Chương2:Lý thuyết về mạch ……….……… 3

2.1 Phần tử lôgic AND……… ……… 3

2.2 Tổng quan về flip flop (FF)……… ……… 3

2.2.1 Các loại FF ………4

a) FF SR (mạch lật lại đặt)……….4

b) FF JK……… 5

c) FF T……….6

d) FF D………6

e) Mạch chốt D ……… 7

2.2.2 Flip flop khi có thêm ngõ vào trực tiếp……… 8

2.3 Tụ điện……… 9

2.4 Điên trở ………9

2.5 Diốt……… 10

a) Phân cực thuận:………10

b) Phân cực nghịch:……… 11

2.6 LED……….….11

a.Hình dạng led……… …….….11

b.Hoạt động ……….12

2.7 Thạch anh……… 13

2.8 transistor……….…14

Chương 3:Thiết kế và thi công mô hình phần cứng……….15

3.1Cấu trúc phần cứng………15

3.2 Các khối chức năng………15

3.2.1 Khối tạo xung lock……… 15

3.2.2Khối đếm sô nhị phân:……….17

3.2.3Khối sử lý tín hiệu logic………17

3.2.4khối On/OFF Relay ……….……18

3.2.5 Khối hiển thị………18

3.3 Hình ảnh thực Hình ảnh thực của mô hình phần cứng ………19

Chương 4: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH………20

4.1 Sơ đồ nguyên lý……… 20

4.2 Nguyên lý hoạt động ……… ……21

Chương 5: THI CÔNG MẠCH IN……….22

5.1 Sơ đơ sấp xếp linh kiện……… …….22

5.2 Sơ đồ mạch in……… ……22

5.3Dụng cụ sử dụng……… 23

5.4Quá trình thi công ……… 23

Chương 6: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI….24 6.1 Nhận xét chung………24

6.2 Hướng phát triển đề tài………… ………24

Chương 1: Tổng Quang Về Hệ Thống

1.1 Đạt vấn đề

-Cùng với cuộc công nghiẹp hóa hiện đại hóa đất nước,lỉnh vựa tự động hóa cónhững bước phát triển vượt bật và trở thành yếu tố quang trọng không thể thiếucủa nền công nghiệp hiện đại.khi nói dến tự động hóa là nói đến sự thay thế dầndần đến hoàn toàn các hoạt động chân tay bằng máy móc trong các dây chuyền sảnxuất

-Trong nền công nghiệp hóa hiện đại hóa thì vấn đến thời gian là rất quan trong ,trong việc chăm sóc tưới tiêu cho cây trồng với quy mô lớn và tiếp kiệm thời gianchi phí trong sản xuất nên việc tự động hóa trong vấn đề này càng được quan tâmnhiều hơn.Đây chính là ý tưởng cho đề tài luận văn này

1.2 Các phương thức đã được sử dụng trước đó

Trước đây có nhiều loại thiết bị được sử dụng nhưng chu yếu điều khiển bằng cơkhí,ta có thể điều chỉnh giờ đóng ngắt bằng cách quay số vòng trên thiết bị.chính

vì điều này làm cho thiết bị dể bị hao mòn phần cứng dẩn đến hư hỏng nhanh

1.3 Nhiệm vụ của luận văn

Để điều khiển đóng ngắt một thiết bị nào đó mà ta mong muốn.trước đây thì côngviệc này ta phải tự làm bằng tay,nhưng ở đây thi chúng được điều khiển hoàn toàn

tự động ,để làm được điều này chúng ta cần phải tìm hiểu về cách sử lý tín hiệu số

và tạo xung clock cho mạch hoạt động

KHỐI ON/OFF (ĐÓNG

1.4.1 Sơ đồ khối của hệ thống

1.4.2 Mô tả hoạt động của mô hình

Khối đém khi nhận được tín hiệu của khối tạo xung thì lập túc khối đếm hoạtđộng,khi khối đếm hoạt động đến một khoảng thời gian định trước thi khối sử lýtín hiệu số sẽ nhận được tín hiệu va chuyển đến khối on/off làm relay hoạtđộng,đồng thời chiuyền tín hiệu trở về để báo cho khối đếm biết để reset đếm lại.Khi khối đếm đếm đến một khoảng thời gian định sẳn thì được truyền đến khốikhối sử lý tín hiệu số khối này sẽ đua tín hieu đến khối on/off làm relay ngưnghoạt động

Công việc này sẽ được lập lại trinh tự như trên

Chương 2:Lý thuyết về mạch

2.1 Phần tử lôgic AND: AND có chức năng như là một cổng, cổng đóng khi tín

hiệu ở các đầu vào không đủ và cổng mở khi đủ các tín hiệu ở các đầu vào Hình 2

mô tả AND

Hình 2: Các cách mô tả tĩnh và động phần tử AND

Một ví dụ sử dụng phần tử lôgic AND như là một phần của bộ cộng nhị phân,Hình 3 cho phép cộng 1+1= 10 Trong đó cổng AND được dùng ở mạch số nhớ(C).Trên thị trường có IC 7408 (còn gọi là chip 7408) là loại có 4 phần tử ANDđộc lập, lôgic dương, mỗi phần tử có hai đầu vào, chung nguồn điện, có 14 chân(còn gọi là pin), chân 14 và chân 7 là chân +Vcc và chân GND, ở góc dưới bên trái

có dấu tròn để xác định chân 1 và theo thứ tự từ trái sang phải đến chân 7, từ 8-14theo thứ tự từ phải sang trái

2.2 Tổng quan về flip flop (FF) FF là mạch có khả năng lật lại trạng thái ngõ ra tuỳ theo

sự tác động thích hợp của ngõ vào,điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc lưu trữ dữliệu trong mạch và xuất dữ liệu ra khi cần

Có nhiều loại flip flop khác nhau, chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứngdụng Các mạch FF thường được kí hiệu như sau

Hình 3.1.11 Ký hiệu FF

Nếu các ngõ vào sẽ quyết định ngõ ra là cái gì thì ngõ đồng hồ ck lại chỉ ra rằngkhi nào mới có sự thay đổi đó Chân Ck có thể tác động mức thấp hay mức cao tuỳvào cấu trúc bên trong của từng IC FF, do đó với một IC FF cố định thì chỉ có mộtkiểu tác động và chỉ một mà thối, ví dụ với IC 74112 chỉ có một cách tác động làxung Ck tác động theo cạnh xuống.

2.2.1 Các loại FF

Hình 2.1.13 Kí hiệu khối của 4 loại FF nảy bởi cạnh lên Ck

a) FF SR (mạch lật lại đặt)

Hình 3.1.14 Dạng sóng minh hoạ cho FF RS

FF RS nảy cạnh lên khi đó sẽ kí hiệu hình tam giác ở sơ đồ khối và dấu mũi tênlên trong bảng trạng thái

FF RS nảy bằng cạnh xuống tương tự và có khí hiệu thêm hình tròn nhỏ hay gạchđầu Ck để chỉ cạnh xuống ở ký hiệu khối và vẽ dấu mũi tên xuống ở bảng trạngthái

b) FF JK

FF JK bổ sung thêm trạng thái cho FF RS ( tránh trạng thái cấm)

Hình 3.1.15 Dạng sóng minh hoạ cho FF JK

Nhận thấy đầu vào J, K điều khiển trạng thái ngõ ra theo đúng như cách mà S R đãlàm trừ 1 điểm là khi J = K = 1 thì trạng thái cấm được chuyển thành trạng tháingược lại ( với J = K = 0 ) Nó còn gọi là chế độ lật của hoạt động

Từ dạng sóng có thể thấy rằng ngõ ra FF không bị ảnh hưởng bởi sườn xuống củaxung ck các đầu vào J K cũng không có tác động trừ khi xảy ra tác động lên củaCk

FF JK có thể tạo thành từ FF SR có thêm 2 đầu and có ngõ ra đưa về như hình :

Khi nối chung 2 ngõ vào JK như hình dưới thì sẽ được FF T : chỉ có một

ngõ vào T, ngõ ra sẽ bị lật lại trạng thái ban đầu khi ngõ T tác động và mỗi

khi có cạnh sườn lên hay xuống của xung ck

Kí hiệu khối và bảng trạng thái của FF T như sau :

=>

Hình 3.1.18 Kí hiệu khối của FF T

Hình3.1.19 Dạng sóng minh hoạ cho hoạt động của FF T

FF T được sử dụng chính để tạo mạch đếm chia 2 Khi T nối lên mức 1 (Vcc) hay

để trống, xung kích lần lượt đưa vào ngõ Ck Nhận thấy ngõ ra Q sẽ lật trạng tháimỗi lần ck xuống hay lên Tần số xung ngõ ra Q chỉ còn bằng một nửa tần số ngõvào ck nếu đưa Q này tới các tầng FF sau nữa thì lần lượt tần số f sẽ lại được chiađôi Đây là nguyên lí chính của mạch đếm sẽ được xét đến ở phần sau

Hình 3.1.19a FF T dùng làm mạch chia tần

d) FF D

Khi nối ngõ vào của FF RS hay JK như hình thì sẽ được FF D : chỉ có 1 ngõ vàogọi là ngõ vào data(dữ liệu) hay delay(trì hoãn) Hoạt động của FF D rất đơn giản :ngõ ra sẽ theo ngõ vào mỗi khi xung Ck tác động cạnh lên hay xuống

Hình 3.1.20 Kí hiệu khối

Hình 3.1.21 Dạng sóng minh hoạ cho hoạt động của FF D

FF D thường là nơi để chuyển dữ liệu từ ngõ vào D đến ngõ ra Q cung cấp chomạch sau như mạch cộng, ghi dịch… nên hơn nữa ngõ vào D phải chờ một khoảngthời gian khi xung ck kích thì mới đưa ra ngõ ra Q, do đó FF D còn được xem nhưmạch trì hoãn, ngõ D còn gọi là delay

e) Mạch chốt D

Các FF nảy bằng mức đều có thể trở thành mạch chốt khi chân ck cho ở mức tácđộng luôn Thông dụng nhất là chốt D Mạch được tạo bởi FF D khi thay ngõ vàođồng bộ bởi ngõ vào cho phép (enable : E) tác động ở mức cao

Cấu tạo kí hiệu và bảng trạng thái như những hình sau :

Hình 3.1.22 Kí hiệu khối và bảng sự thật của chốt D

Hình 3.1.23 Cấu tạo chốt D

2.2.2 Flip flop khi có thêm ngõ vào trực tiếp

Như thấy các FF đã xem xét ở trên khi cấp điện sẽ

có thể xây dựng ngay trạng thái của ngõ ra vì nócòn tuỳ thuộc vào cấu trúc của mạch và các yếu tốngẫu nhiên khác Vì lí do này 2 ngõ vào mới đượcthêm vào để xác định chính xác trạng thái logic ralúc cấp điện (mở nguồn) hay bất cứ lúc nào muốn,

nó hoàn toàn độc lập với trạng thái logic ở các ngõvào đồng bộ J, K, R, S, D, T và kể cả xung đồng

hồ ck, tức là chúng giành quyền ưu tiên trước hết quyết định ngõ ra

Chúng được gọi là ngõ vào trực tiếp (ngõ vào không đồng bộ) và đặt tên là Preset(Pr) có nghĩa là đặt trước và Clear (Cl) có nghĩa là xoá

Cần phải để ý rằng không được phép đặt chân Pr = Cl = 0 vì khi đó Q = Q' =1trạng thái cấm Chân Pr, Cl khi này không có tác dụng gì, không xác định đượctrạng thái ra Do đó, nhiều mạch FF chỉ có 1 ngõ Clear để xoá mạch khi cần màkhông có ngõ Pr; có FF thì lại không có cả 2 ngõ này

Về cấu trúc bên trong của FF khi này, 2 ngõ Pr và Cl sẽ được đưa vào tầng trunggian của các FF, như trong cấu tạo của IC 74LS76

Điện trở là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của

một vật thể dẫn điện Nó được định nghĩa là tỷ số của hiệu điện thế giữa hai đầuvật thể đó với cường độ dòng điện đi qua nó:

Trong đó:

U: là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn, đo bằng vôn(V)

I: là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện , đo bằng ampe(A)

R: là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng Ohm(Ω).)

Ký hiệu:

R=U/I

2.5 Diode

Diode là một linh kiện bán dẫn có hai cực và cấu tạo bởi một lớp dẫn N vàmột lớp dẫn P Trong lớp dẫn N chứa nhiều điện tử và trong lớp dẫn P chứanhiều lỗ trống và gọi là các hạt mang điện tự do Ở giữa nó tồn tại một lớptiếp giáp PN và có một điện áp khuếch tán Điện áp này ngăn cản các hạtmangđiện tự do qua lại vì thế mà Diode không dẫn Qua việc đặt thêm điện

áp bên ngoài, tác dụng cản trở sẽ tăng lên hoặc mất đi

Cấu tạo và kí hiệu:

Đặc tính Vôn – Ampe:

a)Phân cực thuận:

Khi được phân cực thuận ta thấy

Diode chỉ bắt đầu dẫn khi điện áp

phân

cực lớn hơn

b) Phân cực nghịch:

Khi phân cực ngược Diode rồi tăng điện thế VDC từ 0V lên theo trị số

âm chỉ có dòng rỉ IS đi qua Diode Nếu tăng cao mức điện áp nghịch thì

dòng điện rỉ qua Diode tăng lên rất lớn sẽ làm hư Diode

LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) là các điốt có

khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống như điốt, LEDđược cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n

b.Hoạt động.

Hoạt động của LED giống với nhiều loại điốt bán dẫn

Khối bán dẫn loại p chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương

nên khi ghép với khối bán dẫn n (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này

có xu hướng chuyễn động khuếch tán sang khối n Cùng lúc khối p lại nhận

thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối n chuyển sang Kết quả là khối p tíchđiện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối n tích điện dương(thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống) Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một sốđiện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kếthợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa Quá trình này có thể giải phóngnăng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó).c.ứng dụng

LED được dùng để làm bộ phận hiển thị trong các thiết bị điện, điện tử, đèn

quảng cáo, trang trí, đèn giao thông Có nghiên cứu về các loại LED có độ

sáng tương đương với bóng đèn bằng khí neon

Đèn chiếu sáng bằng LED được cho là có các ưu điểm như gọn nhẹ, bền,

tiết kiệm năng lượng

Các LED phát ra tia hồng ngoại được dùng trong các thiết bị điều khiển từ

xa cho đồ điện tử dân dụng

2.7 Thạch anh

Thạch anh là một loại ôxít silic (SiO2) dạng pha lê Ôxy và silic là những nguyên

tố tồn tại nhiều nhất trên trái đất (cát và đá có thành phần chủ yếu là SiO2) vàtrong công nghệ phần cứng, silic được dùng nhiều trong các con chip

Thạch anh là một vật chất cứng, trong suốt, có trọng lượng riêng 2.649 kg/m3(1.531 oz/in3), nhiệt độ nóng chảy ở 1750° C (3182° F) Thạch anh có tính giòncao, tính dẻo thấp và đó cũng là một tính chất thuận lợi cho các ứng dụng vớichúng

Thạch anh có thể được sử dụng chế tạo các thiết bị tạo ra xung nhịp để ứng dụngtrong nghành điện tử, cũng có thể dùng để tạo các tần số mẫu để hiệu chỉnh chocác dụng cụ âm nhạc

Ứng dụng của tinh thể thạch anh

Những tinh thể thạch anh đầu tiên được sử dụng bởi chúng có tính chất “áp điện”,

có nghĩa là chúng chuyển các dao động cơ khí thành điện áp và ngược lại, chuyển các dao động cơ khí thành các xung điện áp Tính chất áp điện này được Jacques Curie phát hiện năm 1880 và từ đó chúng được sử dụng vào trong các mạch điện

tử do tích chất hữu ích này

Một đặc tính quan trọng của tinh thể thạch anh là nếu tác động bằng các dạng cơ học đến chúng (âm thanh, sóng nước ) vào tinh thể thạch anh thì chúng sẽ tạo ra một điện áp dao động có tần số tương đương với mức độ tác động vào chúng, do

đó chúng được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực Chẳng hạn kiểm soát những sự rung động trong các động cơ xe hơi để kiểm soát sự hoạt động của chúng

Lần đầu tiên Walter G Cady ứng dụng thạch anh vào một bộ kiểm soát dao độngđiện tử vào năm 1921 Ông công bố kết quả vào năm 1922 và đến năm 1927 thìWarren A Marrison đã ứng dụng tinh thể thạch anh vào điều khiển sự hoạt độngcủa các đồng hồ

Ngày nay, mọi máy tính dù hiện đại nhất cũng vẫn sử dụng các bộ dao động tinhthể để kiểm soát các bus, xung nhịp xử lý