Báo cáo môn học thiết kế hệ thống điều khiển thang máy
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (184.8 KB, 18 trang )
Báo cáo môn học
Môn:Thiết kế mạch logic
Đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển thang máy
I.
II.
III.
IV.
Mục lục
Giới thiệu ..
2
1. Giới thiệu đề tài
2
2. Giới thiệu kỹ thuật số
2
ý tởng. .
3
1. Thực tế. ..
3
a. Hệ thống thang máy thực tế . 3
b. Hoạt động .
3
2. ý tởng ..
3
giới thiệu linh kiện sử dụng
4
1. Cổng lôgic ..
4
2. IC giải mã ..
5
3. Đèn LED
5
v
4. Rơle điện áp 5 .
5
5. Vi điều khiển AT89C51.
6
mô tả chi tiết . ...
7
1
A. Sơ đồ khối hệ thống .
7
B. Thiết kế ý tởng.
7
1. Khối yêu cầu và báo tầng
7
2. Khối điều khiển Cabin và cửa
9
3. Khối chỉ thị yêu cầu
9
4. Khối chỉ thị hoạt động
9
5. Khối điều khiển trung tâm
10
a. Lớp so sánh ..
10
b. Hoạt động hệ thống trong các Mode.
10
c. Lớp điều khiển chỉ thị yêu cầu ..11
6. Yêu cầu mỗi khối ..
11
V.
thiết kế mạch nguyên lý
11
1. Mạch lập mã.
11
2. Mạch hiển thị tầng .
12
3. Các khối điều khiển hoạt động
12
4. Khối điều khiển trung tâm..
12
VI.
chơng trình điều khiển
13
1. Đồ hình chơng trình ..
14
2. Chơng trình điều khiển..
15
Các phụ lục.
sau trang
15
2
i. Giới thiệu
1. Giới thiệu đề tài
Cùng với sự phát triển của xã hội, nhà cao tầng ngày càng nhiều để phù
hợp với yêu cầu của cuộc sống. Thang máy trở nên rất quan trọng và tiện lợi hơn
rất nhiều so với cầu thang bộ.Thang máy giúp con ngời tiết kiệm thời gian và
sức lực.
Hệ thống điều khiển thang máy rất phức tạp, nhất là đối với kĩ thuật tơng
tự. Tuy nhiên, với sự phát triển của kĩ thuật số đã giúp cho hệ thống điều khiển
thang máy đợc đơn giản hơn.
Trong thực tế, hệ thống điều khiển thang máy rất phức tạp cho nhiều kiểu
nhà khác nhau. Nhng với môn học thiết kế mạch logic , mục đích là tiếp cận với
việc ứng dụng kỹ thuật số vào cuộc sống nên hệ thống đợc thiết kế trong đề tài
này là một hệ thống điều khiển thang máy tối đa là chín tầng hoạt động theo chế
độ taxi
2. Giới thiệu kỹ thuật số
Kỹ thuật số (Digital) là một kỹ thuật mới trong nghiên cứu và ứng dụng
tín hiệu điện. Nhng khác với kỹ thuật tơng tự, nghĩa là với tín hiệu vào và ra có
cùng dạng biến đổi, kỹ thuật số là sự tổ hợp các mức tín hiệu để tạo thành các
mã. Trong kỹ thuật số hiện đại ngời ta dùng hệ số nhị phân. Tuy không thể bỏ
qua kỹ thuật tơng tự nhng ta cũng nhận thấy rằng kỹ thuật số đã đem lại nhiều
thành công lớn trong kỹ thuật, dân dụng, và nhiều lĩnh vực bên ngoài.
3
II. ý tởng
1. Thực tế
a. Hệ thống thang máy thực tế gồm
Hệ thống điều khiển Cabin
- Hệ thống cửa
- Hệ thống yêu cầu
- Hệ thống chỉ thị yêu cầu
- Báo hiệu quá tải
- Bộ điều khiển trung tâm
- Hệ thống cấp thông tin và năng lợng
b. Hoạt động
Cabin luôn ở chế độ chờ nghĩa là:
- Khi Cabin đang trong chế độ không tải (Không chuyển động) thì
Cabin luôn chờ chỉ thị ngời sử dụng. Khi có lệnh từ ngời sử dụng, hệ
thống xử lý kiểm tra và quyết định hoạt động cho Cabin, hệ thống của,
hệ thống thông báo hay hệ thống báo động.
- Khi Cabin đang hoạt động nếu ngời sử dụng ra chỉ thị, bộ điều khiển
trung tâm sẽ nhận tín hiệu và kiểm tra hoạt động hiện thời và hoạt
động yêu cầu để đa ra quết định tiếp tục hoạt động hay ngừng hoạt
động của Cabin.
2. ý tởng
Thiết kế 1 Hệ thống điều khiển thang máy gồm:
- Hệ thống điều khiển Cabin
- Hệ thống cửa
- Hệ thống yêu cầu ( chế độ hiển thị tầng )
- Hệ thống chỉ thị yêu cầu
- Khối điều khiển trung tâm
4
- Hệ thống chỉ thị hoạt động ( tăng lên hoặc giảm )
Hoạt động : làm việc theo chế độ taxi.
Có nghĩa là : Cabin có thể lên xuống theo yêu cầu nhng không chấp nhận
ngắt hoạt động hiện hành. Hệ thống chỉ nhận lệnh khi có thông báo Cabin đang
không làm việc và bỏ qua tất cả các yêu cầu khi Cabin đang hoạt động. Khi
Cabin không hoạt động hệ thống chấp nhận yêu cầu. Thông tin về tầng đang
hiện hành và thông tin về tầng yêu cầu đến đợc lu lại và so sánh. Nếu chỉ số
tầng hiện hành lớn hơn chỉ số tầng yêu cầu đến thì hệ thống ra tín hiệu cho
Cabin đi xuống. Nếu chỉ số tầng hiện hành nhỏ hơn chỉ số tầng yêu cầu đến thì
hệ thống ra tín hiệu cho Cabin đi lên. Nếu hai chỉ số này bằng nhau thì hệ thống
cho cửa mở, sau một thời gian định trớc thì cho đóng lại và chờ chỉ thị tiếp theo.
Và trong quá trình vận hành của Cabin hệ thống luôn lu lại hai chỉ số đó và
Cabin chỉ ngừng hoạt động khi hai chỉ số này bằng nhau.
III. Giới thiệu linh kiện sử dụng
1. Cổng logic
Trong thiết kế ta chỉ sử dụng cổng OR trong IC74LS32.
DM74LS32
IC74LS32 : là một IC chứa 4 cổng or có sơ đồ chân nh sau:
VCC A4
A1 B1
5
B4
Y1
Y4
A2
A3
B2
B3
Y2
Y3
GND
2. IC giải mã
Trong thiết kế đề tài ta dùng IC giải mã 74LS47 .
IC74LS47 là IC giải mã cho đèn LED 7 thanh với đầu vào mã BCD và
đầu ra là 7 đầu đa vào 7 chân của LED 7 thanh.
VCC
f
g
a
b
c
d
e
74LS47
B
C
D
3. Đèn LED
GND
g f 5v a b
e d
Chân - +
LED đơn
4.
A
c
LED 7 thanh
Rơle hoạt động điện áp 5V
Là loại Rơle dùng đóng ngắt mạch bằng dòng 5V . Khi có dòng 5V một
mạch từ đợc đóng lại . Vì vậy ta có thể dùng loại Rơle này để đóng các mạch
dung nguồn lớn hơn 5V
8
7
6 5
RY5W-K
1
2
6
3
4
Chân 1, 8 : là hai chân điều khiển, khi có hiệu điện thế 5v trên hai đầu
chân này thì mạch từ đợc đóng.
Chân 2, 3, 4 : khi mạch từ đợc đóng thì hai chân 2, 4 đợc nối, con khi
mạch .từ mở thì 3, 4 đợc nối
Chân 5, 6, 7 : khi mạch từ đợc đóng thì hai chân 5, 7 đợc nối, con khi
mạch từ mở thì 5, 6 đợc nối.
5. Vi điều khiển A89C51
P1.0
P1.1
P1.2
P1.3
P1.4
P1.5
P1.6
P1.7
P3.0
P3.1
P3.2
P3.3
P3.4
P3.5
P3.6
P3.7
XTAL2
XTAL1
GND
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
40
39
38
37
36
35
34
33
32
31
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
VCC
P0.0
P0.1
P0.2
P0.3
P0.4
P0.5
P0.6
P0.7
EA/VPP
ALE
PSEN
P2.0
P2.1
P2.2
P2.3
P2.4
P2.5
P2.6
P2.7
Đây là IC vi điều khiển (Micro Controller) hoạt động theo chơng trình lập
trình trớc. IC này có 3 Port có thể vào ra dữ liệu digital (các tín hiệu điện 5v,0v).
Chơng trình lập trình trớc đợc đa vào ROM của IC này. Và ta có thể lập trình
cho ROM hoạt động nh một mạch số học bình thờng với đầy đủ các chức năng.
Chơng trình dành cho đề tài này nằm trong phần cuối báo cáo.
7
IV. Mô tả chi tiết
A. Sơ đồ khối Hệ thống điều khiển thang máy
Khối hiển
thị tầng
Khối
bàn
phím
Khối
điều
khiển
trung
tâm
Khối
báo
tầng
Chỉ thị
hoạt động
Khối điều
khiển
Motor
HìNH 1 : SƠ Đồ KhốI Hệ THốNG ĐIềU KHIểN THANG MáY
B. Thiết kế ý tởng
1. Khối yêu cầu và báo tầng
Hai khối này có nguyên tắc hoạt động và cấu tạo tơng tự nhau.
Mã BCD được lập
9 đầu vào
I1
I2
I3
I4
I5
I6
I7
I8
A
Bộ
lập
mã
B
C
D
Hình 2: Sơ đồ khối giải mã
8
Đây là 1 mạch logic gồm 9 đầu vào tích cực mức cao va 4 đầu ra dới dạng
mã BCD có thể gọi đây là 1 khối lập mã BCD.
Số
1
2
3
4
5
6
7
8
9
V1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
V2
0
1
0
0
0
0
0
0
0
Giá trị đầu vào
V3 V4 V5 V6 V7
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
V8
0
0
0
0
0
0
0
1
0
V9
0
0
0
0
0
0
0
0
1
Giá trị đầu ra
D
C
B
A
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
0
0
1
Bảng chân lý bộ giải mã
Đầu ra ta chỉ chấp nhận mã từ 0000 1001. Nh vậy trong bộ này ta
không chấp nhận giá trị V=1 cung lúc vì nh vậy sẽ tạo ra 1 mã khác.
Sự khác nhau giữa khối yêu cầu và khối báo tầng:
-
Trong khối yêu cầu: Đầu vào giải mã (9 chân) của khối đợc nối với 1
bàn phím chín nút. Bàn phím đợc thiết kế sao cho khi 1 phím đợc nhấn
giá trị đầu vào bộ giải mã có tên ứng với giá trị trên phím là mức
H(=1). Tất cả các đầu còn lại = 0, nếu không có phím đợc nhấn thì
tất cả các đầu = L(=0)
- Trong khối báo tầng: 9 đầu vào mạch giải mã đợc nối với 9 đầu vào
chuyển mạch dùng theo nguyên tắc cơ học. (Khi cabin tới một tầng thì
đầu vào tầng đó đợc ứng với mức logic 1 còn tất cả các đầu còn lại
bằng 0)
- Trong thực tế ngời ta dùng chuyển mạch từ. Trong đề tài này ta dùng
chuyển mạch cơ khí (tiếp xúc kim loại).
2.
Khối điều khiển cabin và mở cửa
9
Dùng hai tín hiệu để điều khiển chiều quay của motor 1 chiều 16 vôn điện
áp. Một tín hiệu điền khiển quay thuận, 1 tín hiệu điều khiển quay ngợc. Hai tín
hiệu này không bao giờ đồng thời ở mức cao. Ta dùng 2 rơle 5V đóng mạch tối
đa 30V. Một rơle nhận tín hiệu để điều khiển quay thuận, 1 rơle nhận tín hiệu
để điều khiển quay ngợc. Tín hiệu điều khiển hai motor này lấy trực tiếp từ vi xử
lý sử dụng 4 bit trong 1 Port của Vi xử lý . Ta lập trình vi xử lý để hai motor
không hoạt động cùng một lúc.
Khi cabin đang chuyển động thì cửa không mở và ngợc lại .
3. Khối chỉ thị yêu cầu : gồm 2 LED 7 thanh
Mục đích : Thông báo cho ngời sử dụng biết cabin tầng yêu cầu đến và
tầng hiện tại. Trong trờng hợp cabin đứng yên, cả 2 LED 7 thanh đều hiển thị số
thứ tự tầng hiện tại. Ta đa mã từ khối điều khiển trung tâm qua một bộ giải mã
tới LED 7 thanh
4. Khối chỉ thị hoạt động
Gồm 4 LED chỉ thị trạng thái hoạt động của cabin. Trong một thời điểm
bất kỳ chỉ duy nhất một đèn sáng .
Đèn 1 : Thông báo cabin đang lên.
Đèn 2 : Thông báo cabin đang xuống .
Đèn 3 : Thông báo cửa cabin đang mở .
Đèn 4 : Thông báo cabin nghỉ .
4 LED đợc điều khiển bởi 4 bit trong port 2 từ khối điều khiển trung tâm
.
Bảng trạng thái hoạt động
Trạng thái
hoạt động
Cacbin lên
Cabin xuống
Cabin nghỉ
Mở cửa
Đèn báo lên
Đèn báo xuống
Đèn báo nghỉ
Đèn báo mở của
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
10
5. Khối điều khiển trung tâm
Mã BCD từ:
Lớp
so
sánh 4
bít
bàn phím A
cabin B
Hiển thị:
Tầng hiện
hành
Lớp
hiển
thị
Tầng yêu
cầu
Lớp
nhận
lệnh
và thi
hành
điều
khiển
chỉ
thị
Lớp
hiển
thị
hoạt
động
Mô tả hoạt động của khối điều khiển trung tâm
a. Lớp so sánh
Là một bộ so sánh 4 bit (8 đầu vào) A và B có 3 đầu ra
A > B đầu ra 1 = 1 , đầu ra 2,3 = 0 -> Mode 1
A = B đầu ra 2 = 1 , đầu ra 1,3 = 0 -> Mode 2
A < B đầu ra 3 = 1 , đầu ra 2,1 = 0 -> Mode 3
3 đầu ra này sẽ điều khiển hoạt động khối cơ khí nh sau:
b. Hoạt động hệ thống trong các mode
- Mode1 : Thang máy lên tới khi co báo hiệu tầng đang qua trùng
tầng cần đến.
- Mode2 : Thang máy xuống tới khi co báo hiệu tầng đang qua
trùng tầng cần đến.
- Mode3 : Cửa mở .
Điều khiển hoạt động lớp điều khiển chỉ thị hoạt động
11
c. Lớp điều khiển thị yêu cầu
Nhận trực tiếp mã từ bàn phím và cabin để đa ra LED 7 thanh .
6. Yêu cầu mỗi khối
Phải lu đợc trạng thái cũ trớc khi trạng thái mới đợc xác lập :
Với các IC số học bình thờng (Automat có nhớ và không nhớ) ta sử dụng
việc lu trạng thái bằng các Flip-Flop. Với kỹ thuật Vi xử lý ta dùng các thanh
ghi.
v. thiết kế mạch nguyên lý
1. Mạch lâp mã
Từ phân tích trong phần IV/1 và bảng chân lý ta có:
A = V1+V3+V5+V7+V9
B = V2+V3+V6+V7
C = V4+V5+V6+V7
D =V8+V9
Vì vậy ta đa ra mạch sau:
v1 v2 v3 v4 v5 v6 v7 v8 v9
1
3
12
2
13
11
1
3
2
4
6
A
5
9
8
9
10
8
B
6
C
3
D
10
12
13
11
4
12
11
5
13
1
2
Mạch lập mã BCD 9 đầu vào
12
2. Mạch hiển thị tầng
Mạch hiển thị tầng hiện hành cũng nh tầng cần đến là tơng đơng, chỉ
khác là đầu vào mạch hiển thi tầng yêu cầu đến nhận tín hiệu từ 4 bit cao của
Port 2 còn mạch hiển thi tầng hiện hành nhận tín hiệu từ các bit còn lại của
4 Bit
Port 2
vcc
Port 2.
7
1
2
6
3
5
D0
D1
D2
D3
LT
RBI
A
B
C
D
E
F
G
BI/RBO
13
12
11
10
9
15
14
4
a
b
c
d
e
f
g
.
74LS47
Mch gii mó BCD -> LED 7 thanh
3. Các khối điều khiển hoạt động
Nh đã nói phần trên ta dùng hai tín hiệu để điều khiển hoạt động của
các motor (Motor Cabin cũng nh Motor cửa)
Mạch điều khiển đợc thiết kế nh sau:
16vDC
Thuận
Rơle
Motor
Ngược
Rơle
16vD
Mạch điều khiển Motor
4. Khối điều khiển trung tâm
(Xem sơ đồ toàn hệ thống trong phụ lục)
13
VI. Chơng trình điều khiển
1. Đồ hình chơng trình
Start
Báo trạng thái nghỉ
Kiểm tra phím bấm
đúng
Sai
Có bấm
Mã phím vào A
Mã Cabin vào B
Cho ra hiển thị
đúng
sai
A=B
Mở cửa
Cho ra hin thị
Đóng cửa
End
Sai
A
đúng
Đi xuống
Mã Cabin vào B
Mã Cabin vào B
Cho ra hin thị
Cho ra hin thị
14
Lưu đồ khối của chương trình điều khiển
2. Chơng trình điều khiển
Dòng
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
$DEBUG
$NOPAGING
$NOSYMBOLS
; FILE : THANGMAY. SCR
;**********************************************************
;
CHUONG TRINH CHO DIEU KHIEN THANG MAY
;**********************************************************
MAIN
: CALL IN_bcd
; Nhập mã từ bàn phím
JC action
; Cho hoạt động
sjmp main
; lặp lại
;**********************************************************
;in_bcd : Nhập mã số là mã BCD từ bàn phím có chống nẩyphím khi ấn
;và khi nhả ( lặp lại cho 50 lần mỗi khi ấn hoặc nhả )
;**********************************************************
in_bcd
: mov r3,#50
; số đếm chống nẩy
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
back
: call get_key
; gọi trình nhận phím
jnc in_bcd
; nếu cờ nhớ=0 nhẩy
djnz r3, back
;giảm nhẩy tới khi R3=0
push acc
; cất vào stack
back2
: mov r3 , #50
; số đếm là 50
back3
: call get_key
; goi trình nhận phím
jc back2
; cờ C=0 nhẩy
djnz r3 , back3
; r3 khác 0 nhẩy
pop acc
; lấy ra khỏi stack
ret
; kết thúc
get_key : mov a , P0
; đa p0 vào a
anl a , #f0h
; lấy phần cao
swap a
; quay a
cjne a, #00h , done
; nếu A khác 0 done
clr c
; xóa cờ nhớ
sjmp exit
; thoát
done
: setb c
; đọc đợc phím với C=1
exit
: ret
; kết thúc trình con
;**********************************************************
; nh vậy ta đã có mã bàn phím trong A mã Cabin trong B
;**********************************************************
;**********************************************************
;action : Trình con điều khiển hoạt động cho toàn hệ thống
;chức năng : so sánh hai giá trị trong hai thanh ghi A và B để đa ra
;hoạt động
;**********************************************************
action : mov r6 , a
; a mãbànphímvào R6
mov b , r6
; a mã bàn phím vào B
mov a , p0
; a P0 vào a
anl a , #0f
; chỉ lấy mã cabin
cjne a , b , up_down ; so sánh mã cabin và
sjmp mocua
; bàn phím, bằng nhau thì
ljmp esc
; mở cửa, khác lên xuống
;**********************************************************
; Trình con mở của khi nhận kết quả bằng trong phép so sánh mã bàn
16
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
;phím và mã Cabin
; **********************************************************
mocua
: mov r5 , a
; đa mã Cabin vào r5
mov a , b
; a mã phím vào a
swap a
; quay mã phím
orl a , r5
;Hợp mã phím và mã cabin
mov p2, a
; a a ra port 2
mov p1 , #00010010b
; a ra p1 lệnh mở cửa
mov r5 , #0ffh
; cho số đếm
wait1
: djnz r5 , wait1
; ếm r5
mov p1 , #00000010b
; tạm dừng chờ vào
mov r5 , #0ffh
; cho số đếm
wait2
: djnz r5 , wait2
; ếm R5
mov p1 , #00100010b
; tạm dừng chờ đóng
mov r5 , #0ffh
; cho số đếm
wait3
: djnz r5 , wait3
; ếm R5
sjmp esc
; thoát
;**********************************************************
; Trình con điều khiển lên xuống khi nhận kết quả không bằng trong
;phép so sánh mã bàn phím và mã Cabin
; **********************************************************
Up_down : jc down
; cờ nhớ bằng 1 down
Sjmp up
; bằng 0 up
;**********************************************************
; Trình con điều khiển xuống khi nhận kết quả kém trong phép so sánh
; mã bàn phím và mã Cabin
;**********************************************************
down
: mov p1 , #01000100b
; cho lệnh xuống
mov r6 , a
; cho mãcabin vào r6
mov a , b
; cho mã phím vào a
swap a
; quay a
orl a , r6
; Hợp hai mã
mov p1 , A
; a hai mã ra hiển thị
sjmp action
; quay về action
; **********************************************************
; Trình con điều khiển xuống khi nhận kết quả kém trong phép so sánh
17
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
; mã bàn phím và mã Cabin
;**********************************************************
up
: mov p1 , #10001000b
; đa ra chỉ thị lên
mov r6 , a
; cho mãcabin vào r6
mov a , b
; cho mã phím vào a
swap a
; quay a
orl a , r6
; hợp hai mã
mov p1 , A
; a hai mã ra hiển thị
sjmp action
; trở về action
;**********************************************************
; Trình con hỗ trợ thoát
;**********************************************************
sc
: ret
; thoát chơng trình con
18
