thiet ke che tao mach gara oto

PHẦN 1: LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, dưới sự phát triển mạnh mẽ như vũ bão của khoa học công nghệ đã có rất
nhiều những sản phẩm mới, những công nghệ hiện đại được. Để có được những thành tựu
đó chúng ta không thể không phủ nhận vai trò quan trọng của ngành kỹ thuật ĐIỆN-ĐIỆN
TỬ được phát triển dựa trên những tiến bộ của ngành vật liệu điện tử và máy tính điện tử.
Trong thực tế hiện nay, con người đã chế tạo ra tất nhiều sản phẩm hữu ích và tiện lợi
giúp cho những việc làm của họ trở lên đơn giản hơn. Để góp một phần nhỏ của mình trong
công cuộc chạy đua với các sản phẩm về lĩnh vực điện tử, sau một thời gian được học tập
và nghiên cứu tại khoa dưới sự dạy bảo tận tình của các thầy cô trong khoa và đặc biệt là sự
hướng dẫn nhiệt tình của thầy Hoàng Hải Hưng nhóm chúng em đã “Thiết kế và chế tạo
mô hình của gara ô tô”.
Đây là một đề tài có tính ứng dụng rất cao trong thực tiễn và có tính hiệu quả. Vì vậy với
sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo và sự nỗ lực không ngừng của bản thân cùng với các
thành viên trong nhóm chúng em đã hoàn thành đồ án. Do kiến thức còn hạn chế nên còn
rất nhiều thiếu sót. Vì vậy, chúng em rất mong nhận được sự góp ý chân thành của các thầy
cô giáo để chỉnh sửa và bổ sung sao cho hoàn thiện nhất và phát triển đề tài lên mức cao
hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Nhóm sinh viên thực hiện
Lê Bá Tuấn Đạt
Vũ Văn Đại
Mục lục


Phần 1:Cơ sở lý thuyết của đề tài
1.Tính cấp thiết của đề tài
2.Mục đích
3.Mô hình gara ôtô trong thực tế và hoạt động
4.Tìm hiểu về các linh kiện liên quan
4.1: Diode phát quang

4.2:Photodiode
4.3:LED 7 thanh
4.4:IC

Phần 2:Thiết kế và thực hiện mạch
1.Thiết kế sơ đồ khối
2.Thiết kế mạch nguyên lý
3.Thiết kế mạch in
4.Hướng phát triển

PHẦN 3:KẾT LUẬN
So sánh với thực tế


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…..........................................................................................................................
………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………
………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………….
………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
…………………...................................................................................................
...............................................................................................................................
................................................………
Hưng Yên, ngày tháng năm 2012
Giáo viên hướng dẫn


Hoàng Hải Hưng

Phần 1:CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI
1.Tính cấp thiết của đề tài:
Hiện nay thời đại khoa học kĩ thuật phát triển,các nhà máy sản xuất ôtô ngày
càng nhiều,số lượng ôtô cũng tăng lên đáng kể vì vậy vấn đề chỗ để xe và việc
trông coi trở lên quan trọng hơn. Vì vậy mạch đếm xe ôtô ra vào sẽ giúp ta kiểm
soát được số lượng ôtô trong gara.
Ngày nay khi xã hội ngày càng tiến bộ ,con người ngày càng thông minh ,kỹ
thuật ngày càng tiên tiến hơn ,thì nhu cầu đòi hỏi về những thiết bị ứng dụng thông
minh càng nhiều hơn. Mục đích là để giải phóng sức lao động của con người , trải
qua nhiều thế kỷ đã có rất nhiều công trình khoa học được đưa ra làm thay đổi lịch
sử phát triển của chúng ta,cho chúng ta có thể khắc chế được thiên nhiên ,chủ
động trong hoạt động sống và sinh tồn. Và bây giờ đã là thế kỷ 21 thế kỷ của khoa
học kỹ thuật lên ngôi ,đặc biệt là trong thế giới của xe cộ.
Đó là lý do vì sao chúng em chọn đề tài gara ôtô để làm đề tài nghiên cứu cho
đồ án lần này. Sau đây là nội dung đồ án của chúng em.

2.Mục đích yêu cầu
Giúp cho quản lý đếm được số ôtô một cách đơn giản,chính xác,ổn định,gọn
nhẹ dễ lắp đặt dễ sửa chữa và rẻ tiền.
3. Gara ôtô trong thực tế và hoạt động


Dựa trên phương pháp nghiên cứu và phân tích chức năng của linh kiện, các IC
và áp dụng những kiến thức đã học cùng với sự hướng dẫn của giảng viên phụ
trách để xây dụng nên một mạch chức năng “đếm xe ra vào trong gara ôtô” hoạt
động tốt và đúng với yêu cầu của đề tài.
Mô hình gara trong thực tế:

f


Hình 1: gara ôtô trong thực tế
Hoạt động:khi xe vào thì bộ đếm sẽ tăng lên,nhưng mỗi lần chỉ được 1 xe qua
bộ cảm biến và khi xe ra cũng vậy.

4.Mô hình gara ôtô

Hình 2: mô hình gara ôtô


SƠ ĐỒ HIỂN THỊ LED 7 THANH:

Hình 3 : sơ đồ hiển thị LED 7 thanh
4 .1:Diode phát quang (Led)

Hình 4: Cấu tạo bên trong của diode phát

quang
Terminal pins:Chân Led
Transparent plastic case:Vỏ bằng nhựa
•

Khi một diode được phân cực thuận,
các điện tử từ bán dẫn loại n sang lấp

đầy lỗ trống trong bán dẫn loại p tạo ra dòng điện thuận. Đối với diode bình


thường chế tạo từ Ge và Si thì sự tái hợp giữa điện tử và lỗ trống tạo ra năng
lượng dưới dạng nhiệt.
Diode phát quang (LED) là loại diode dùng các chất bán dẫn đặc biệt như
Ga,As. Với các chất này sự tái hợp điện tử và lỗ trống sẽ tạo ra ánh sáng.Cụ
thể là 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 lõ trống này có su
hướng chuyển động khuếch tán sang khối n.Cùng lúc đó khối p lại nhận thêm
các điện tử(diện tích âm) từ khối n chuyển sang.Kết quả là khối p tích điện âm
(thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống).Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp,một số
điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau,chúng có xu hướng
kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa.Quá trình này có thể giải
phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng hay các bức xạ điện từ có bước sóng
gần đó.
4.2: Photodiode
Ánh sáng hồng ngoại (tia hồng ngoại) là ánh sáng không thể nhìn thấy
được bằng mắt thường và có bước sóng 0,86uM-0,98uM, có vận tốc bằng vận
tốc ánh sáng, có thể truyền đi được trong nhiều kênh tín hiệu, dễ bị hấp thụ,
khả năng xuyên thấu kém. Sóng hồng ngoại có những đặc tính quan trọng
giống như sóng ánh sáng ( sự hội tụ qua thấu kính, tiêu cự… ) Ánh sáng

thường và ánh sáng hồng ngoại khác nhau rất rõ trong sự xuyên suốt qua vật
chất. Có những vật chất ta thấy nó dưới một màu xám đục nhưng với ánh sáng
hồng ngoại nó lại trở nên xuyên suốt vì vật liệu bán dẫn trong suốt với ánh
sáng hồng ngoại, tia hồng ngoại không bị yếu đi khi nó vượt qua các lớp bán
dẫn để đi ra ngoài và vì vậy nó được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp.
Nguyên tắc thu phát hồng ngoại


Phần phát

Hình 5: sơ đồ hoạt động của phần phát.
Khối chọn chức năng và khối mã hóa: Khi người sử dụng bấn vào các nút
chức năng để phát lệnh yêu cầu của mình, mỗi phím chức năng tương ứng với
một số thập phân. Mạch mã hóa sẽ chuyển đổi thành mã nhị phân tương ứng
với dạng mã lệnh tín hiệu gồm các bit 0 và 1. Số bit trong mã lệnh nhị phân có
thể là 4 bit hay 8 bit tùy theo số lượng các phím chức năng nhiều hay ít.
Khối dao động có điều kiện: Khi nhấn 1 phím chức năng thì đồng thời khởi
động mạch dao động tạo xung đồng hồ, tần số xung đồng hồ xác định thời gian
của mỗi bit.


Khối chốt dữ liệu và khối song song ra nối tiếp: Mã nhị phân tại mạch mã
hóa xẽ được chốt để đưa vào mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp.
Mạch chuyển đổi dữ liệu song song ra nối tiếp được điều khiển bởi xung đồng
hồ và mạch định thời gian nhằm đảm bảo kết thúc đúng lúc việc chuyển đổi
một bit mã lệnh.
Khối điều chế và phát FM: Mã lệnh dưới dạng nối tiếp sẽ được đưa qua
mạch điều chế và phát FM để ghép mã lệnh vào sóng mang tần số 38Khz đến
100Khz, nhờ sóng mang cao tần tín hiệu được truyền đi xa hơn nghĩa là tăng
cự ly phát.

Khối thiết bị phát: Là một led hồng ngoại. Khi mã lệnh có giá trị bit bằng 1
thì led phát hồng ngoại trong khoảng thời gian T của bit đó. Do đó bên thu
không nhận được tín hiệu xem như bit bằng 0

Phần thu

Hình 6: sơ đồ hoạt động của phần thu.
Khối thiết bị thu: Tia hồng ngoại từ phần phát được tiếp nhận bởi LED thu
hồng ngoại hay các linh kiện quang khác.


Khối khuếch đại và tách sóng: trước tiên khuếch đại tín hiệu nhận rồi đưa
qua mạch tách sóng nhằn triệt tiêu sóng mang và tách dữ liệu cần thiết là mã
lệnh.
Khối chuyển đổi nối tiếp song song và khối giải mã: Mã lệnh được đưa vào
dạng chuyển đổi nối tiếp song song và đưa tiếp ra khối lệnh giải mã thành số
thập phân tương ứng dưới dạng một xung kích tại ngõ ra tương ứng để kích
mạch điều khiển.
Tần số sóng mang còn được dùng để so pha với tần số dao động bên phần
thu giúp cho mạch thu phát hoạt động đồng bộ đảm bảo cho mạch tách sóng và
mạch chuyển đổi nối tiếp song song hoạt động chính xác.
4.3:LED 7 thanh
Được dùng nhiều trong các mạch thông báo, hiển thị số, kí tự đơn giản
LED 7 được cấu tạo từ các LED đơn sắp xếp theo các thanh nét để có thể biểu
diễn các chữ số hoặc các kí tự đơn giản như từ số 0 đến 9 và A đến F chả hạn.
LED 7 thanh dùng để hiện số thì rất đẹp và dễ nhìn. Tùy vào kích thước của số
và kí tự mà mỗi thanh được cấu tạo bởi một hay nhiều LED đơn. Các LED đơn
đó được ghép và được đặt tên bằng các chữ cái a...g và có một dấu chấm dot
( dấu chấm này có thể sáng và tắt tùy theo yêu cầu) được cấu tạo bởi 1 LED
đơn. Qua đó người ta chỉ cần 8 bit tương ứng với 8 LED đơn để điều khiển

được và hiện thị số từ 0 đến 9 và các kí tự từ A đến F

Ở trên là hình dạng LED7 ngoài thực tế và trong mạch nguyên lý và cấu


tạo.
Cấu tạo của LED chúng ta nhìn trên rất đơn giản chúng chỉ gồm các LED
đơn được xếp lại với nhau thành hình như trên hình vẽ. Các LED đơn này chỉ
chung nhau Anot hoặc Katot và riêng nhau các chân con lại Anot hặc Katot.
Nhiệm vụ của chúng ta là cho sáng các LED đơn đó để cho nó thành số hay kí
tự đơn giản.
Hiện nay LED 7 được sản xuất theo 2 kiểu là Anot chung và Katot chung
và được điều khiển làm việc tương tự như bơm dòng hay nuốt dòng của các
LED đơn có trong LED7 (Thường hay thiết kế theo kiểu bơm dòng cho LED).
Thông thường trong các mạch thiết kế thực tế người thiết kế thường hay sử
dụng loại Anot chung. Phương pháp ghép nối là cấp dòng, đảo trạng thái thông
qua đệm và quét LED
Để ghép nối với LED7 có thể có nhiều cách, nhưng phải đảm bảo sao có thể
điều khiển tắt mở riêng từng LED đơn trong đó để tạo ra các số và các ký tự
mong muốn.Các ICs điều khiển đều khó khả năng sinh dòng kém tức là dòng
đầu ra của các chân ICs nhỏ hơn khả năng nuốt dòng. Do vậy, nếu ghép nối
trực tiếp các net với các chân cổng IC thì loại Anode chung là thích hợp hơn
cả.
Sơ đồ chân

Hình 7 : sơ đồ chân LED 7 thanh
Tiếp theo là bảng mã led từ 0 đến 9. Mức 1 đèn sáng (tương đương với 5V)
và là Led catot chung còn với loại anot chung thì thay bảng trạng thài led sáng
là mức 0.

Hình 8: Bảng trạng thái LED 7 thanh


4.4:IC
4.4.1, IC 74LS14

IC 7414 là IC cổng NOT có trigger . IC này có 14 chân , trong đó chân 7 –
GND ,14 –VCC. Có tất cả 6 cổng NOT . Đường tín hiệu khi đi qua IC này sẽ
bị đảo .


4.4.2.IC 74HC192
Là IC đếm thập nhị phân thực hiện nhiệm vụ đếm lên/xuống khi có xung
tác động vào chân up/down.
Sơ đồ chân của 74HC192

Bảng trạng thái


4.4.3.IC 74HC247
Là IC chuyển từ mã nhị phân sang các số được hiển thị trên Led 7 thanh.
IC có ngõ ra tích cực mức thấp. Để thực hiện chức năng giải mã BCD sang
Led 7 thanh thì phải nối chân LT và RBO nên mức cao. Để tắt số 0 ở Led 7
thanh hàng chục khi đếm chưa tới hàng chục thì IC giải mã hàng chục phải nối
với chân RBO của IC này với chân RBI của IC giải mã hàng đơn vị.
Sơ đồ chân


Bảng chuyển đổi mã của 74LS247

4.4.4 : Transistor

Transistor là một linh kiện bán dẫn thường được sử dụng như một thiết bị khuếch đại hoặc
một khóa điện tử. Tranzitor là khối đơn vị cơ bản xây dựng nên cấu trúc mạch ở máy tính
điện tử và tất cả các thiết bị điện tử hiện đại khác. Vì đáp ứng nhanh và chính xác nên các
tranzitor được sử dụng trong nhiều ứng dụng tương tự và số, như khuếch đại, đóng cắt, điều
chỉnh điện áp, điều khiển tín hiệu, và tạo dao động.Tranzitor cũng thường được kết hợp
thành mạch tích hợp (IC),có thể tích hợp tới một tỷ tranzitor trên một diện tích nhỏ.

Một số tranzito

Cũng giống như điốt, tranzito được tạo thành từ hai chất bán
dẫn điện. Khi ghép một bán dẫn điện âm nằm giữa hai bán


dẫn điện dương ta được một PNP tranzito. Khi ghép một bán
dẫn điện dương nằm giữa hai bán dẫn điện âm ta được một
NPN tranzito.
Mỗi tranzito đều có ba cực:
1. Cực gốc (base)
2. Cực góp (collector)
3. Cực phát (emitter)
Để phân biệt PNP hay NPN tranzito ta căn cứ vào ký hiệu
linh kiện dựa vào mũi tên trên đầu phát. Nếu mũi tên hướng ra thì
tranzito là NPN, và nếu mũi tên hướng vào thì tranzito đó là PNP.

Phần 2:THIẾT KẾ MẠCH
2.1.Thiết kế sơ đồ khối

1.Khối nguồn: Dùng IC LM317 tạo nguồn + 5V để cấp nguồn cho toàn
mạch.


2.Khối cảm biến: Dùng photodiode thu và photodiode phát tạo tín hiệu cấp
vào khối đếm và giải mã.
3.Khối đếm và giải mã: Thực hiện đếm dựa vào xung cấp từ khối thu phát
hồng ngoại, đếm ra mã BCD sau đó qua 74LS247 để giải mã ra hiển thị trên
LED 7 thanh.
4.Khối hiển thị:Hiển thị tín hiệu vừa giải mã lên LED 7 thanh.


2.2.Thiết kế mạch nguyên lý
2.2.1.Khối nguồn

Hình: Sơ đồ nguyên lý khối nguồn

Nguồn cấp vào là điện áp xoay chiều,vì vậy ta phải lắp một cầu diode để
chuyển điện áp xoay chiều sang điện áp một chiều,ngoài ra,có thể thay cầu
diode bằng 4 con diot thường. Ta dùng tụ lọc để san phẳng điện áp sau chỉnh
lưu,một tụ 1000µF sẽ được nối ngay sau cầu diode,kế tiếp là chân vào(chân số
1)của IC nguồn LM317 để cấp ra nguồn +05V ổn định,chân 1 của IC là chân
vào nối từ đầu ra của mạch chỉnh lưu tới chân dương của tụ 4,7µF.Ngoài ra,ta
có thể nắp thêm 1 Led báo nguồn để nhận biết được sự hoạt động của mạch
nguồn và một điện trở để hạn dòng cho Led là thực sự cần thiết.
=12V,
=30mA -> R=400 Ω. Vậy ta chọn điện trở 330 Ω để hạn
dòng cho Led là tương đối hợp lý.

2.2.2.Khối cảm biến

Hình. Sơ đồ nguyên lý khối thu phát hồng ngoại


2.2.3. Khối đếm và hiển thị

2.2.6. Nguyên lý hoạt động của toàn mạch


Nguyên lý làm việc:
Ở mạch cảm biến ta sử dụng 2 cặp thu phát hồng ngoại trong đó có 1 cặp cảm biến
xe vào, 1 cặp cảm biến xe ra.
Ta xét cặp thu phát cửa vào,khi chưa có xe vào,led phát hồng ngoại cặp thứ nhất sẽ
phát thẳng tới mắt thu hồng ngoại của cặp đó. Khi đó mắt thu và trở sẽ phân cực
cho transistor dẫn,có tín hiệu mức cao vào cổng NOT. Và tín hiệu đó qua cổng NOT
sẽ ở mức thấp,tín hiệu này đưa vào chân đếm tiến của IC 74ls190,và IC này sẽ không
đếm.
Khi có oto và gara, led phát và led thu bị che lại, tạo điện trở rất lớn trên mắt thu,
trasistor sẽ không được phân cực, khi đó đầu vào cổng NOT sẽ ở mức thấp. Tín hiệu
này qua cổng NOT sẽ thành mức cao và đưa vào chân5 của IC 74190 sẽ đếm tiến 1
đơn vị.
Tín hiệu sẽ tương tự với cặp thu phát ở cửa ra của gara, nhưng xung cấp vào chân
đếm lùi của mạch đếm (chân số 4 của ic).
Do gara chỉ chứa được 30 xe,nên mạch chỉ đếm tới 30 và báo đầy. Có nghĩa là hàng
chục đếm tới 3 và khi đó đơn vị tới 0 thì báo đầy.
Ta dùng 3 cổng AND kết hợp để đếm tới 30. 2 cổng AND đầu lấy tín hiệu vào từ chân
2,3 của ic2 74190, cổng AND lấy tín hiệu từ chân 3 ic1 74190.
Tín hiệu ra của 2 cổng AND này đưa vào đầu vào của cổng AND thứ 3,tín hiệu ra của

cổng này sẽ đưa vào chân reset.


3.THIẾT KẾ MẠCH IN

Hình : Khối nguồn.