Mạch đếm sản phẩm dùng led hồng ngoại

ĐỀ ÁN KỸ THUẬT VI ĐIỀU KHIỂN TRANG NHẬN XÉT & LỜI CÁM ƠN * Nhận xét của Giáo Viên hướng dẫn đồ án ( Thầy Nguyễn Đình Phú ) : …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Lời cảm ơn của Sinh Viên ( Người thực hiện SV Lớp 06501SP : Nguyễn Lộc Đức MSSV : 06501012 Nguyễn Đức Trung MSSV : 06051054 ) - Do yêu cầu môn học việc làm đồ án này rất cần thiết , dưới sự hướng dẫn của Thầy ( Trao dồi những hướng dẫn cơ bản về chi tiết 1 đồ án , lên kế hoạch cần thực hiện , cũng như việc phân bố thời gian rất hợp lý , cung cấp kiến thức đầy đủ …………..) Đã tạo điều kiện cho 2 thành viên chúng em hòan thành công việc 1 cách hòan chĩnh . Chúng em rất chân thành cám ơn vì điều này ! Vì đây là lần đầu tiên làm đồ án môn học , sẽ không khỏi có nhiều thiếu sót , kính mong thầy thông cảm và có những nhận xét cũng nhưng góp ý , giúp em có những cái nhìn mới hơn , cũng nhưng trái khỏi những sai sót sau này . Một lần nữa xin cám ơn thầy đã giúp chúng em hòan thành đồ án ! Phụ Lục & Mục Lục Chương I :Giới Thiệu Đề Tài +Đặt vấn đề +Phương án thực hiện +Phạm vi đề tài +Giới Thiệu +Giới hạn và Hướng phát triển Chương II : Giới Thiệu cái linh kiện Trong mạch +LED phát +LED thu +LED 7 đoạn +74ls90 +7447 +OM-AMP Chương III : Giải thích hoạt động Từng phần trong mạch +Sơ đồ mạch nguồn cung cấp toàn mạch +Mạch Om-amp và IC đếm Chương IV :Thi Công Mạch +Các bước thực hiện +Sơ đò nguyên lý +Sơ đồ linh kiện +Sơ đồ mạch in Chương V : Kết luận và Tài liệu tham khảo và sử dụng : +Kết Luận +Tài liệu Chương VI: Hoàn Thành và Bảo vệ Đồ án môn trước GVHD Kế Hoạch Thực Hiện và Công Việc của từng thành viên trong nhóm : + Cả 2 cùng tra tư liệu và thiết kết mạch + Ứng dụng môn Giả tich mạch trên máy tính để vẽ sơ đồ nguyên lý mạch in. + Tranh thủ thời gian Học môn Thực hành Kỹ Thuật Số những lúc rỗi để ráp thử mạch trên Test Board xem mạch mô phỏng chạy đúng không có trục trặc chổ nào ko +cùn làm mạch in , đồng thời viết báo cáo đồ án Chương I : GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI I – Đặt Vấn Đề : - Dể tăng năng suất lao động , đồng thời giảm sức lao động con người , giảm giá thành sản phẩm , trong sản suất hiện nay đã và đang ứng dụng nhiều thành tựu khoa học kỹ thuật . Một trong những nghành được ứng dụng rộng rãi trong việc tự động hóa sản xuất là kỹ thuật điện tử . Ví dụ để đếm số số sản phẩm trên dây chuyền sản xuất , hiện nay do đòi hỏi nhu cầu sản xuất cao , tốc độ ,chính xác , phương pháp đếm thủ công không còn phù hợp nữa , chính vì lý do đó chúng em xin chọn đề tài mạch Đếm Sản Phẩm bằng Led thu phát . II – Phương án Thực Hiện : Việc thực hiện đề tài này chúng em sử dụng IC số , mạch nguồn , Led thu phát , led hiển thị , OpM , …. III – Phạm vi của đề tài : Trong đề tài này dùng led thu phát tạo thành bộ cảm biến để phát hiện sản phẩm đi qua ( bộ đếm này có thể đếm được 99 sản phẩm ) sau đó quay lại đếm từ đầu IV – Giới Thiệu Đề Tài : Đây là lần đầu thực Hiện đồ án môn , kiến thức mình còn tiếp thu chưa hết nên khi thực hiện đề tài em chỉ thực hiện các phần chính sau . Thiết kế mạch nguồn . Thiết kế mạch thu phát hồng ngoại . Thiết kết mạch tạo xung . Thiết kế mạch đếm – giải mã – Hiển Thị . V – Giới Hạn – Hướng Phát Triển Của Đề Tài : Do sữ dụng IC số để đếm sản phẩm nên mạch chỉ đếm số sảm phẩm không nhiều , mạch thi công qua nhiều công đoạn có thể dẽ bị hư , khó đáp ứng tốt trong linh vực sản xuất công nghiệp trong các công ty có băng chuyền lớn , khi thay đổi số sản phẩm trong 1 khoảng nào đó ta có thể thay đổi điểm kết nối IC đếm . Để đề tài có tính ứng dụng nhiều hơn trong thực tế , ta có thể phát triển đề tài ở các điểm sau : Thay thế mạch thu – phát bằng cảm biến quang , một cảm biến từ để tăng độ chính xác . Mở rộng phạm vi đếm sản phẩm . Dùng các cổng logic cơ bản để làm bộ đặt số . Thay thế IC đếm bằng counter của 1 số Vi Điều Kiển ( sử dụng VDK ) CHƯƠNG II : Sơ Đồ Khối & Các Linh Kiện có liên quan Phần I sơ đồ khối toàn mạch : Khối Thu Phát Khối Tạo Xung Chuẩn Khối Đếm Khối Nguồn Khối Giải Mã Khối Hiển Thị Sơ Đồ Khối Toàn Mạch Nhiệm vụ từng khối : Khối Nguồn : - Khối nguồn cung cấp diện áp 5V cho toàn mạch , có vai trò quan trọng . Nếu Điện áp và dòng điện không ổn định sẽ gây ảnh hưởng cho tất cả các IC trong mạch . Khối thu phát : Có chức năng như một bộ cảm biến , khi phát hiện sự xuất hiện của sản phẩm sẽ tạo ra xung đếm đưa đến khối tạo xung chuẩn. Khối tạo xung chuẩn : Từ xung nhận được của khối thu – phát tạo ra xung vuông cung cấp cho khối . Khối đếm : - Có chức năng đếm số lượng xung ( số sản phẩm đi qua ) nhận được từ khối xung chuẩn . Khối giải mã : - Giãi mã dữ liệu nhận được từ khối đếm là số BCD , sau đó xuất mã 7 đoạn tương ứng ở ngõ ra đưa đến khối hiên thị . Khối Hiển thị : - Hiển thị số sản phẩm được đếm ra led 7 đoạn . Phần II : Giới thiệu các linh kiện trong mạch. I – LED PHÁT : 1 – Cấu tạo và ký hiệu : Diode phát quang là 1 trong những linh kiện bán dẫn thuộc nhóm điện quang , biến đổi năng lượng ánh sáng , gồm có một chuyển tiếp P-N . Các Diode phát quang được chế tạo không phải trên cơ sỡ Si hay Ge như đa số các chất bán dẫn khác mà được chế tạo trên cơ sở Átentic – Phosphist – Gali Các Diode phát quang này phát sáng khi có dòng điện thuận chạy qua nó . Miền phổ bức xạ diode có giới hạn tương đối hẹp , vị trí của miền này phụ thuộc vào vật liệu bán dẫn được sử dụng .P N Cấu tạo và ký hiệu Led Phát 2- Nguyên lý làm việc : * Khi chuyển tiếp P-N phân cực thuận , sẽ có hiện tượng phun hạt dẫn ở mức cao ( lổ trống từ P ++ phun sang N ++ Phun sang P++ ) và kèm theo đó là hiện tượng tái hợp bức xạ làm phát ra ánh sáng . * Hiện tượng hợp bức xạ là hiện tượng giải phóng ra các hạt phôt khi có sự tái hợp trực tiếp giữa điện từ và lỗ trống . Một số diode phát quang trên thị trường : + Diode GaAs cho ánh sáng hồng ngoại mà mắt thường không nhìn thấy được + Diode AsP cho ánh sáng khá kiến , ki thay đổi hàn lượng photpho , diode cho ra ánh sáng có màu đỏ ,cam , vàng . + Diode GaP cho ánh sáng màu vàng hoặc màu xanh . II – LED Thu : Cấu tạo và ký hiệu : Ứng dụng hiệu ứng quang áp , người ta tạo ra diode quangg , đó là 1 chuyển tiếp P-N có cấu trúc sao cho ánh sáng dễ dàng chiesu trục tiếp lên bề mặt phiến bán dẫn . Nguyên lý làm việc : -Khi làm việc , diode quang được phân cực nghịch nhờ nguồn điện áp Vcc và do đó có một dòng điện ngược ban đầu Io rất nhỏ . Khi được ánh sáng chiếu vào có thêm dòng điện tạo bởi các hạt dẫn sản sinh nhờ năng lượng proton và chạy cùng chiều với dòng điện ngược . Vì vậy dòng điện tổng chạy qua tải có trị số tăng lên theo cường độ ánh sáng chiếu vào . * Một số loại photodiode trên thị trường : + Diode quang PN + Diode quang PIN N p Cấu tạo và kí hiệu Led Thu III - Giới Thiệu LED 7 đoạn : Cấu tạo Led 7 thanh gồm có 7 điot phát quang (LED) ghép nối với nhau chung Anot hoặc chung Catot IV - Giới Thiệu IC 74LS90 : - Có chứa 4 bộ Trigger JK ,IC này có khả năng chia 2, chia5, chia10 xung clock đầu vào để lập nên mã BCD cho ngõ ra Chức năng các chân của IC 7490: Chân 1: đầu vàoClock của bộ chia 5 Chân 2 và chân 3 : lối vào Reset của các bộ Trigger Chân 5: Nối tới cực âm của nguồn Chân 6,7: Hai lối vào Set của các trigger .Khi hai lối vào này ở mức cao thì các lối ra QAvà QD lên cao, các lối ra QB,QC ở mức thấp, tương ứng với số 9 trong mã thập phân Chân 12,9,8,11: tương ứng với các đầu ra QA,QB,QC,QDChân 14: lối Clock của bộ đếm chia 2 Chân 10: Nối tới cực dương của nguồn IC được thiết kế với hai tầng đầu vào , với hai đường cấp xung riêng rẽ Tầng thứ nhất có 1 FF triger Tầng thứ hai có 3 FF trigger Bảng trạng thái của IC: Reset / input Output MR1 MR2 MS1 MS2 Q0 Q1 Q2 Q3 H H L x L L L L H H x L L L L L x x H H H L L H L x L x Counting x L x L Counting x L L x Counting L x x L Counting Trong đó H : mức cao L : mức thấp X : không xác định Để thực hiện chia 2 , ta đưa xung clock tới chân 14 của IC Khi này, chỉ có chân QA được lấy tín hiệu ra, các chân còn lại bỏ ngỏ Để chia 5, xung clock sẽ được cấp vào chân 1 của IC Để chia 10, xung clock sẽ được cấp vào chân 14 của IC. Như ta thấy, IC gồm có hai khối FF độc lập, ta phải ghép nối hai khối FF độc lập bên trong IC để tạo thành khối FF duy nhất gồm có 4 Flip-Flop. Tương ứng với nó, chân QA phải được nối với chân ClockB của IC Các đầu ra QA,QB,QC,QD để lấy tín hiệu mã BCD 8421 đưa tới các IC giải mã BCD Trong bài tập này, em chỉ sử dụng IC để ghép nối để tạo ra bộ chia 10 bộ chia 10 7490 bộ chia 10 7490 xung vào đến tầng giải mã led 7 thanh đến tầng giải mã led 7 thanh Thiết kế mạch đếm BCD Để tạo bộ đếm 100, ta cần hai bộ chia 10 ghép nối với nhau . Ta coi như đó là các bộ Trigger ghép nối với nhau , như vậy đầu ra của tằng thứ nhất sẽ là đầu vào của tầng thứ hai . Đầu ra trọng số cao Q3 của IC thứ nhất khi đếm lên 9 , sẽ chuyển trạng thái về 0 ,kích cho IC thứ hai tăng 1 giá trị, cứ như vậy khi chúng đạt 100 giá trị , cả hai sẽ cùng về trạng thái ban đầu, bắt đầu từ 00 KHỐI HIỂN THỊ IC 74hc47 Các IC hỗ trợ giải mã led 7 thanh như CD4511, 74HC47, 74HC48 Trong bài tập này ta dùng IC 7447 để giải mã như là một bộ hiển thị kết quả Trạng thái các đầu vào ứng với các đầu ra được cho trong bảng dưới đây Ngõ vào Ngõ ra của IC 7447 D3 D2 D1 D0 A B C D E F G 0 0 0 0 X X X X X X 0 0 0 1 X X 0 0 1 0 X X X X X 0 0 1 1 X X X X X 0 1 0 0 X X X X 0 1 0 1 X X X X X 0 1 1 0 X X X X X X 0 1 1 1 X X X 1 0 0 0 X X X X X X X 1 0 0 1 X X X X X X X = LOW Khoảng trống = HIGH Các chân 1,2,6,7 : các ngõ vào của tín hiệu BCD Chân số 3 Lamptest : dùng để kiểm tra các thanh đoạn của LED 7 thanh cũng như các ngõ ra của IC Chân số 4 Blank out : Chân cho phép đầu ra Chân số 5 Blank in : chân cho phép loại bỏ số 0 không mong muốn ở các bộ hiển thị Chân 9,10,11,12,13,14,15 : các ngõ ra nối với led 7 thanh Chân số 8 và 16 cung cấp nguồn cho IC V Cấu trúc của 1 OP- AMP : Một Op-Amp gồm có 3 tần riêng biệt : + Tầng khuếch đại vi sai ngõ vào : Khuếch đại sai lệch đưa 2 tín hiệu vào op-amp + Tâng dời mức : có chức năng dich mức điện áp DC tại cực C của tần khuếch đại vi sai xuống mức điệc áp thấp để ngõ ra của op-amp có mức điện áp 0v khi ngõ vào Vin = 0Vdc + Tầng lấy tín hiệu ra : có nhiệm vụ khếch đại dòng , có tổng trở ngõ ra nhỏ , có khả năng cho tín hiệu AC ra lớn vãn không bị méo. Hoạt Động : -OP-Amp có 2 vùng làm việc Khuếch đại và Bão hòa a – Vùng Khuếch Đại : - Trong chế độ này OP-amp thường làm việc ở cấu hình hồi tiếp âm : tín hiệu hồi tiếp ngược pha với tín hiệu ngõ vào vì vậy làm hgiarm tín hiệu ngõ vào của mạch . b- Vùng bão hòa : Trong chế độ này op-amp làm việc ở cấu hình hồi tiếp dương tức là tín hiệu hồi tiếp cùng pha với tín hiệu ngõ vào vì vậy làm tăng tín hiệu ngõ vào của mạch . Ở cấu hình vòng hở op-amp sẽ làm việc với hệ số khuếch đại vòng hở và hệ số này rất lớn nên chỉ cần sự chêch lệch rất nhỏ của hai tín hiệu ngõ vào thì ngõ ra sẽ rơi vào vùng bão hòa , tức là ngõ ra chỉ có thể ở một trong hai trạbg thái bão hòa dương (+ Vcc) hoặc bão hòa âm (- Vcc). Chương III : Giải Thích Hoạt Động của Mạch I Sơ đồ nguồn cho toàn mạch : A Đặc tính : - Bộ nguồn cung cấp điện cho toàn mach hoạt động - Chức năng : ổn địng điện áp làm việc , dùng làm nguồn cung cấp cho toàn mạch B Nguyên tắc Hoạt động : - Cuộn thứ cấp có điện áp ra là 12 V , cho qua diode chinh lưu rồi qua tụ lọc để nắn điện áp và cuối cùng cho qua IC LM7805 để lấy ra điên áp V ( Dc ) ổn định . II Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch om-amp và mạch đếm: Đặt léd thu và led phát hồng ngoại đối diện nhau . Khi không có sản phẩm di qua giưa 2 led thu và phát thì led thu sẽ không nhận được ánh sáng hồng ngoại từ led phát làm điện trở của led thu giảm mạnh . Lúc này điện trở ngõ vào của Om-amp bằng với điện áp rơi trên điện trở R2 và gần bằng và gần điện áp nguồn Vcc cho nên V- > V+ như vậy transitor Q1 ko dẫn .Do đó tại cực C của transitor có mức đien áp bằng với Vcc( mức logic 1 ) . Khi có sản phẩm qua giữa 2 led thu và phát , led thu bị che khuất nên nó không nhận đc ánh sáng hồng ngoại . lúc này điện trở thu rất lớn làm nó ngưng dẫn nên điện áp tại V- = 0v , vì V-< V+ ngỏ ra của Transitor có đien áp = V+ . Điện áp Vbe của Transitor lúc này bằng 1. mấy . transitor dẫn bão hòa . Điện áp cực C lúc này bằng Vce sat rất bé . Như vậy thì khi có 1 sản phẩm qua cảm biến thì cảm biến sẽ tạo ra 1 xung , và xung này được đưa tới làm xung cho bộ đếm . Xung đứ vào bộ đếm 74ls90 à qua bộ giải mã à Hiển thị qua Led 7 đoạn . Khi chứa có sản phẩm đi qua , khối thu – phát không tạo ra xung đẻ đưa đến khối đếm Khi có sản phẩm đi qua , khối thu- phát tạo ra xung clock đưa đến chân IC đếm thứ I – IC bắt đầu đếm ( hàng đơn vị) Khi IC I đếm xong 1 chu kỳ tư 0->9 thì sẽ tạo 1 xung clock đưa đến chân IC II -> IC này bắt đầu đếm( hàng chục). Chương IV Thi Công Mạch I Các bước thực hiện : Vẽ Mạch nguyên lí trong phần mềm , để mô phỏng nguyen tắc hoạt động của mạch. Sắp sếp bố trí linh kiên. Chuyển mạch nguyên lý sang mạch in. Thi công mạch. Hàn linh kiện. Kiểm tra Hoạt động của mạch. II Sơ Đồ mạch nguyên lý : III Sơ đồ bố trí linh kiện : IV Sơ đồ Mạch In : V Kết Luận và Tài liệu Tham khảo , sử dụng . - a . Kết Luận : + Qua các bước giới thiệu , thiết kế , đề tài của em xin được phép dừng lại ở đây . Trong quán trình nghiên cứu , thiết kế em đã vận dụng những kiến thức chuyên môn ., nhằm hoàn thành yêu cầu đặt ra . Qua đó em được dịp cũng cố lại kiến thức cơ bản chuyên nghành . Trên cơ sơ đó chúng em có thể đánh giá lại những gì mình có đc sau khi học . b . Tài liệu : + Mạch số : PGS_TS Nguyễn Hữu Phương + Điện tử CB1 : Lương Thị Bích Ngà +Điện Tủ CB2 : Nguyễn Đình Phú Lương thị Bích Ngà + Các phần mềm vẽ mạch và mô phỏng . Chương VI : Hoàn Thành Đồ Án và Bảo Vệ Trước Giáo Viên Huớng Dẫn . BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Đề tài : MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM DÙNG LED HỒNG NGOẠI GVHD : Thầy Nguyễn Đình Phú SVTH : Nguyễn Lộc Đức 06051012 Nguyễn Đức Trung 06501054 Tp.Hồ Chí Minh 07/2009