Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Tải bản đầy đủ - 0trang

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

khối cũng đưa ra tín hiệu (giá trị tầng, trạng thái đi lên hoặc đi xuống của thang,

điều khiển chốt dữ liệu) vào IC chốt 74HC573.

• Khối nút nhấn

Ngõ ra của khối nút nhấn được đưa vào portB của khối PIC16F887. Khi có

sự thay đổi mức điện áp tại RB0, khối PIC16F887 sẽ bắt đầu quá trình quét phím để

xác định vị trí nút được nhấn.

Ở trạng thái bình thường, khi chưa có nút nhấn, mức điện áp tại các hàng của

khối nút nhấn là mức thấp và mức điện áp tại các cột là mức cao. Khi có nút nhấn,

điện áp mức thấp của các hàng khơng thay đổi, điện áp mức cao tại cột có nút được

nhấn sẽ chuyển thành điện áp mức thấp. Sự thay đổi mức điện áp tại cột này sẽ làm

thay đổi ngõ ra tại IC logic AND. Ngõ ra này được nối vào chân RB0 của khối

PIC16F887.

• Khối cảm biến

Cảm biến sử dụng trong khối là cảm biến hồng ngoại. Khối này được chia làm 2

phần:

– Cảm biến vị trí buồng thang gắn dọc theo thanh ray của buồng thang. Khi

buồng thang đến vị trí của tầng, điện áp ngõ ra ứng với cảm biến đó sẽ là mức thấp.

Ngược lại, khi khơng có buồng thang tại vị trí tầng, điện áp ngõ ra của cảm biến

tương ứng sẽ là mức cao.

– Cảm biến vị trí cửa buồng thang và cảm biến vật cản vào được gắn tại buồng

thang. Khi cửa đã đóng hết, điện áp ngõ ra ứng với cảm biến tại vị trí cửa đóng hết

sẽ là mức thấp. Khi cửa đã mở hết, điện áp ngõ ra ứng với cảm biến tại vị trí cửa mở

hết sẽ là mức thấp. Khi có người ra hoặc vật cản tại cửa của buồng thang, điện áp

của cảm biến vật cản sẽ là mức cao. 



• Khối hiển thị, chng báo.

Khối led hiển thị bao gồm IC chốt 74HC573, IC giải mã BCD 74LS247, led

7 đoạn loại anode chung và led đơn. Với led 7 đoạn ta hiển thị vị trí của buồng

thang. Trạng thái đi lên hoặc đi xuống của buồng thang được hiển thị trên led đơn.

Giá trị vị trí buồng thang đưa ra từ khối PIC16F887 ở hệ nhị phân. Giá trị vị

trí, trạng thái di chuyển của buồng thang và điều khiển chốt dữ liệu được lấy từ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

portA của khối PIC16F887. Khi chân LE của 74HC573 có điện áp ở mức cao, dữ

liệu ngõ ra sẽ chính là dữ liệu ngõ vào của IC chốt. Khi chân LE có điện áp ở mức

thấp, dữ liệu ngõ ra sẽ khơng thay đổi bất chấp có sự thay đổi dữ liệu tại ngõ vào.

Giá trị vị trí của buồng thang lấy từ ngõ ra Q0 và Q1 của IC chốt được đưa vào ngõ

vào của IC giải mã BCD 74LS247 và xuất ra led 7 đoạn. Trạng thái lên xuống lấy từ

ngõ ra Q2 và Q3 của IC chốt và đưa ra led đơn.

Buzzer sẽ báo hiệu khi cabin đến tầng mong muốn.

• Khối điều khiển động cơ

Động cơ cửa buồng thang và động cơ truyền động là động cơ điện một chiều.

Từng động cơ được điều khiển thơng qua relay được kích bởi transistor, thơng qua

đó ta điều khiển được động cơ quay thuận hoặc quay nghịch tùy theo mục đích hoạt

động của thang máy. 

Tín hiệu điều khiển động cơ được lấy từ chân RC0, RC1, RC2, RC3 của khối

PIC16F887. Chân RC0 và RC1 điều khiển quay thuận và quay nghịch động cơ

truyền động di chuyển lên xuống của buồng thang. Chân RC2,RC3 điều khiển việc

quay thuận và quay nghịch của động cơ cửa buồng thang. Sự quay thuận hoặc quay

nghịch của buồng thang ứng với việc đóng hoặc mở cửa buồng thang.

• Khối nguồn

Gồm nguồn chính và nguồn dự phòng, khối có nhiêm vụ cấp nguồn 12VDC,

5VDC cho các khối khác hoạt động, nguồn dự phòng đại diện cho máy phát hoặc

một đường dây độc lập được sử dụng khi mất điện.



BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

3.2.2. Tính tốn và thiết kế mạch

3.2.2.1. Khối PIC16F887



Hình 3. 2 – Khối PIC16F887

a. Nhiệm vụ của các Port

Port A: có 6 chân từ A0 đến A6. A0 và A1 xuất ra giá trị của vị trí buồng

thang. A2 và A3 xuất ra trạng thái đi lên hoặc đi xuống của buồng thang. A4 không

sử dụng. A5 được sử dụng để đưa vào chân LE của 74HC573 (IC chốt). A6, A7 kết

nối thạch anh tạo dao động, vì sử dụng thạch anh 20 MHz (dao động tần số cao

HS) nên sử dụng 2 tụ có giá trị từ 15 pF đến 33 pF ( ta chọn 22 pF ), việc gắn thêm

tụ giúp cho dao động được ổn định và mạch hoạt động tốt khi nhiệt độ thay đổi.

Port B: có 8 chân từ B0 đến B7, được nối vào khối nút nhấn. B0 được sử

dụng cho việc nhận ngắt ngoài. Ngắt ngoài sảy ra khi có sự thay đổi điện áp từ mức

cao xuống mức thấp. B1, B2, B3 xuất ra tín hiệu mức cao hoặc mức thấp. B4. B5,

B6, B7 nhận tín hiệu từ khối nút nhấn vào. Tín hiệu xuất ra kết hợp với tín hiệu

nhận vào giúp cho việc xác định nút tại vị trí nào được nhấn.



BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Port C: có 8 chân từ C0 đến C7. C0 và C1 điều khiển động cơ truyền động.

C2 và C3 điều khiển cửa buồng thang. C4 xuất tín hiệu điều khiển Buzzer. C5, C6,

C7 nhận tín hiệu từ cảm biến hồng ngoại trong buồng thang; với mục đích xác định

vị trí cửa buồng thang và vật cản đặt ở cửa buồng thang. 

Port D: có 8 chân từ D0 đến D7. D0, D1, D2, D3 được sử dụng để nhận tín

hiệu từ cảm biến hồng ngoại vị trí buồng thang, tương ứng với với vị trị buồng

thang tại tầng dưới cùng (tầng 0) đến tầng trên cùng (tầng 3). Từ D4 đến D7 khơng

sử dụng.

Port E: có 3 chân E0, E1, E2, E3, chân E3 kết nối nút nhấn Reset. Chân E0

được kết nối với switch tác động tích cực mức 0, có chức năng khóa thang khi cần

thiết như : bảo trì, sửa chữa thang máy khi gặp sự cố, vận chuyển hàng hóa…Switch

khóa thang này được đặt trong buồng thang máy và có ổ khóa để khóa lại. Khi gạt

switch, chức năng khóa thang được kích hoạt, thang máy sẽ dừng ở vị trí tầng được

khóa thang, khi có các lệnh gọi thang từ tầng trên hoặc dưới, vị trí tầng vẫn được

nhớ và buồng thang sẽ tiếp tục di chuyển lên - xuống khi gạt switch trở lại trạng thái

ban đầu.



Hình 3. 3 – Switch khóa thang của thang máy thực tế.



BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

b. Ngắt ngồi INT_EXT

PIC16F887 có đến 15 nguồn tạo ra hoạt động ngắt được điều khiển bởi thanh

ghi INTCON (bit GIE). Bên cạnh đó mỗi ngắt còn có một bit điều khiển và cờ ngắt

riêng. Các cờ ngắt vẫn được set bình thường khi thỏa mãn điều kiên ngắt sảy ra bất

chấp trạng thái của bit GIE, tuy nhiên hoạt động ngắt vẫn phụ thuôc vào bit GIE và

các bit điều khiển khác. Bit điều khiển ngắt RB0/INT và TMR0 nằm trong thanh ghi

INTCON, thanh ghi này còn chứa bit cho phép các ngắt ngoại vi PEIE. Bit điều

khiển các ngắt nằm trong thanh ghi PIE1 và PIE2. Cờ ngắt của các ngắt nằm trong

thanh ghi PIR1 và PIR2.Việc xác định ngắt ngoài cần 3 hoặc 4 chu kì lệnh, tùy

thuộc vào thời điểm ngắt sảy ra.

Ngắt này dựa trên sự thay đổi trạng thái của pin RB0/INT. Cạnh tác động gây

ra ngắt có thể là cạnh lên hay cạnh xuống và được điều khiển bởi bit INT_EDG.

Khi có cạnh tác động thích hợp xuất hiện tại pin RB0/INT, cờ ngắt INTF được set

bất chấp trạng thái các bit điều khiển GIE và PEIE.



BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

3.2.2.2. Khổi nút nhấn



Hình 3. 4 – Khối nút nhấn

Ở trạng thái bình thường – khơng có bất kì phím nào nhấn, điện áp tại chân

B1, B2 và B3 (tương ứng với các hàng ngang trên nút nhấn) luôn ở mức thấp

(0VDC). Điện áp tại chân B4, B5, B6 và B7 (tương ứng với các cột trên nút nhấn)

ln ở mức cao.

Khi có bất kì phím nào được nhấn, điện áp tại cột của phím nhấn sẽ xuống

mức thấp. Tín hiệu điện áp này đưa qua 74LS08 (IC logic AND loại 2 ngõ vào) ta

thu được tại chân thứ 8 của 74LS08 là điện áp mức thấp. Chân thứ 8 này nối tiếp

với chân B0 của PIC. Từ đó bắt đầu chương trình ngắt ngoài, tuần tự cho giá trị điện

áp tại B1 xuống mức thấp, B2 và B3 lên mức cao. Sau đó bắt đầu q trình xét tín

hiệu điện áp tại B4, B5, B6, B7. Nếu điện áp thu được là điện áp mức thấp ta sẽ xác

định được vị trí nút được nhấn. Nếu không xác định được điện áp mức thấp sẽ tuần

tự làm lại công việc trên với B2 và B3.



BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

3.2.2.3 Khổi cảm biến.



Hình 3. 5 – Khối cảm biến

Module cảm biến phát hiện vật cản hồng ngoại ln thích nghi với mơi trường

xung quanh, nó có một cặp mắt phát hiện tia hồng ngoại với một tần số nhất định,

khi phát hiện ra tia hồng ngoại của một vật cản bề mặt phản xạ sẽ nhận tín hiệu và

xử lý đèn báo sẽ sáng đồng thời đầu cho tín hiệu ra ở mức thấp.

Để biết được vị trí của buồng thang, ta gắn những cảm biến hồng ngoại trên

thanh ray ứng với từng vị trí dừng của buồng thang. Khi buồng thang dừng, ngõ ra

của cảm biến hồng ngoại tương ứng sẽ đưa ra tín hiệu điện áp mức thấp.

Để biết vị trí của cửa buồng thang và người hoặc vật cản đứng tại cửa buồng

thang, ta gắn từng module cảm biến hồng ngoại ứng với vị trí cửa đã mở hết, đóng

hết và vị trí giữa của cửa buồng để phát hiện người. Khi có người tại cửa, ngõ ra

cảm biến hồng ngoại xác đinh người sẽ đưa ra tín hiệu mức cao và ngược lại. Khi

cửa đã đóng hết hoặc mở hết, ngõ ra cảm biến hồng ngoại tại vị trí cửa đóng hết

hoặc vị trí cửa mở hết sẽ có mức điện áp thấp và ngược lại. 



3.2.2.4. Khối hiển thị, chng báo.

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



Hình 3. 6 – Khối hiển thị, chuông báo.

Khối led hiển thị bao gồm: led đơn hiển thị trạng thái buồng thang, led 7 đoạn

loại anode chung, IC giải mã 74LS247, IC chốt 74HC573.

Tín hiệu điện áp từ Port A của PIC16F887 được đưa vào ngõ vào của IC chốt

như sau: A0 (của PIC) ứng với D0 (của IC chốt), A1 ứng với D1, A2 ứng với D2,

A3 ứng với D3, A5 ứng với LE của IC chốt. Với A0 và A1 là vị trí của buồng thang;

A2 và A3 là trạng thái đi lên đi xuống của buồng thang.

IC chốt 74HC573 có 20 chân: 8 chân ngõ vào D0 đến D7, 8 chân ngõ ra Q0

đến Q7, 1 chân LE, 1 chân OE (output enable) tích cực mức thấp, 1 chân VCC và 1

chân GND.

Tín hiệu ngõ ra Q0, Q1 đưa vào 74LS247 giải mã từ hê nhị phân sang mã

BCD và hiển thị qua led 7 đoạn. Tín hiệu ngõ ra Q2, Q3 nối tiếp với Transisitor điều

khiển led đơn hiển thị trạng thái đi lên hoặc đi xuống của buồng thang. 

Chuông báo được kết nối chân C4, chuông báo sẽ báo hiệu khi cabin đến

tầng mong muốn.

3.2.2.5. Khổi điều khiển động cơ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



Hình 3. 7 – Khối điều khiển động cơ

Phương pháp điều khiển:

Một động cơ DC có 2 đầu A và B, nối 2 đầu dây này với một nguồn điện DC.

Ai cũng biết rằng nếu nối A với cực (+), B với cực (–) mà động cơ chạy theo chiều

thuận (kim đồng hồ) thì khi đảo cực đấu dây (A với (–), B với (+)) thì động cơ sẽ

đảo chiều quay.

Để điều khiển được như thế, cần phải sử dụng thêm Opto, transistor kết hợp

với relay đảo chiều quay của động cơ. Mỗi động cơ ta sử dụng 2 transistor với 2

relay và 2 opto cách li, tín hiệu xuất ra từ PIC16F887 sẽ kích cho 2 opto với 2 mức

logic khác nhau, nó sẽ điều khiển 2 transistor để kích 2 relay để đảo chiều quay

động cơ, nếu khơng có tín hiệu kích thì động cơ khơng quay. Khơng cùng lúc kích 2

transistor vì với trường hợp này, cả 2 đầu A, B của động cơ cùng nối với một mức

điện áp và sẽ khơng có dòng điện nào chạy qua, mạch khơng hoạt động.

Có 2 thông số quan trọng cho 1 relay là điện áp kích solenoid và dòng lớn nhất

mà các tiếp điểm chịu được. Điện áp kích solenoid là 12V, việc kích solenoid chính

là cơng việc của chip điều khiển PIC16F887. Vì tiếp xúc giữa cực Com và các tiếp

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

điểm là dạng tiếp xúc tạm thời, không cố định nên rất dễ bị hở mạch. Nếu dòng điện

qua tiếp điểm quá lớn, nhiệt có thể sinh ra lớn và làm hở tiếp xúc. Vì thế chúng ta

cần tính tốn dòng điện tối đa trong ứng dụng của mình để chọn relay phù hợp.

Ta thấy dòng qua động cơ tối đa khi có tải là 170 mA << dòng mà tiếp diểm

relay có thể chịu được là 10A nên đảm bảo rất an toàn khi vận hành.

Ở sơ đồ mạch trên ta sử dụng transistor NPN để kích dòng cho relay đóng tiếp

điểm thường mở, nguyên lý hoạt động như sau:

– Khi tín hiệu “đóng” và “mở” đưa vào 2 opto là mức 1 (Tức =5V) thì Q3, Q4

khơng dẫn do khơng có dòng Ibe nên relay khơng làm việc. Khi tín hiệu “đóng” đưa

vào là mức 0 (Tức =0V) và tín hiệu “mở” đưa vào là mức 1 (Tức =5V) thì dòng sẽ

qua R hạn dòng, làm cho Q3 dẫn thơng lúc này ta có dòng Ice là dòng điện chạy qua

cuộn dây => Q => GND, relay bên Q3 đóng tiếp điểm thường mở sinh ra dòng điện

từ nguồn động cơ qua động cơ rồi về GND làm cho động cơ quay thuận (cửa đóng).

Ngược lại khi tín hiệu “đóng” đưa vào là mức 1 (Tức =5V) và tín hiệu “mở” đưa

vào là mức 0 (Tức =0V) thì cửa mở.

– Khi tín hiệu “lên” và “xuống” đưa vào 2 opto là mức 1 (tức =5V) thì Q1, Q2

khơng dẫn do khơng có dòng Ibe nên relay khơng làm việc. Khi tín hiệu “lên” đưa

vào là mức 0 (Tức =0V) và tín hiệu “xuống” đưa vào là mức 1 (Tức =5V) thì sẽ qua

R hạn dòng, làm cho Q1 dẫn thơng lúc này ta có dòng Ice là dòng điện chạy qua

cuộn dây => Q => GND, relay bên Q1 đóng tiếp điểm thường mở sinh ra dòng điện

từ nguồn động cơ qua động cơ rồi về GND làm cho động cơ quay thuận (cabin đi

lên). Ngược lại khi tín hiệu “lên” đưa vào là mức 1 (Tức =5V) và tín hiệu “xuống”

đưa vào là mức 0 (Tức =0V) thì cabin đi xuống.

Diode D trong mạch có tác dụng chống lại dòng điện cảm ứng do cuộn dây

sinh ra làm hỏng transistor. Mục đích của R là tạo dòng vào cực B của transistor tới

ngưỡng bão hòa để transistor hoạt động như 1 chiếc khóa có điều kiện. Lưu ý, dòng

vào của tín hiệu là rất nhỏ khơng thể chạy thẳng relay được nên ta mới sử dụng

transistor để kích dòng cho relay.

Bản chất của relay là 1 cuộn cảm, cuộn cảm thì có xu hướng giữ ổn định dòng

điện đi qua nó, tức là nếu dòng điện qua nó đột ngột tăng lên, thì cuộn cảm sẽ tự nó

BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

kiếm chế sự tăng của dòng điện. Nếu dòng điện đột ngột giảm xuống thì cuộn cảm

cũng sẽ tự kiếm chế sự giảm dòng điện đi qua nó.

Xét trường hợp relay bị ngắt, trước khi bị ngắt vẫn còn dòng điện đi qua relay

và transistor, nhưng khi transistor ngắt, dòng điện bị sụt giảm đột ngột, nhưng relay

là cuộn cảm nên từ trường của nó sẽ tạo ra 1 dòng điện đi từ cực 12V xuống phía

transistor nhưng vì transistor ngắt rồi nên điện tích dương sẽ tập hợp lại ở cực

Colletor của transistor, điều đó khiến điện áp tăng vọt tại điểm này, khi điện áp tăng

vọt quá mức chịu đựng thì transistor sẽ chết. Vậy thì ta chỉ cần nối 1 con diode dẫn

dòng điện từ đầu tăng điện áp về nguồn 12V. Khi điện áp tăng lên diode sẽ dẫn dòng

về nguồn 12V, như vậy điện áp bên đầu transistor sẽ không tăng đáng kể. Việc sử

dụng opto giúp cách li phần điều khiển và phần công suất để bảo vệ vi điều khiển

khi hoạt động.

Các transistor được sử dụng trong mạch vì dòng kích cần thiết cho transistor

khá nhỏ thích hợp với PIC 16F887 và có thể điều khiển được động cơ tiêu thụ dòng

điện lớn.

• Tính chọn Opto

Tính điện trở R1 hạn dòng đi vào Led phát của Opto:

Chọn dòng IF = 20mA, IC = 1 mA, VF = 1.4V, VCE(sat) = 0.2V

R1(min) = 80 Ω

R1(min) = 80 Ω » Chọn R1 = 220 Ω



Bảng 3. 1 – Thơng số chọn Opto

• Tính chọn transistor



BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×