Đề tài THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH THANG MÁY DÙNG VĐK AT89C51

Header Page 1 of 113.

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
Môn: VI ĐIỀU KHIỂN
Giáo viên hướng dẫn: ThS.Nguyễn Đình Luyện
Nhóm thực hiện: Nguyễn Vĩnh Phước
Đào Phú Hội
Đoàn Văn Công
Phạm Anh Tuấn

Đề tài : Thiết kế thang máy

Footer Page 1 of 113.


Header Page 2 of 113.
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH THANG MÁY DÙNG VĐK AT89C51

1.1. Giới thiệu chương
Chương này xây dựng mô hình thang máy chở người 3 tầng đơn giản. Nội dung cụ thể bao gồm:
Cấu trúc bên trong và bên ngoài buồng thang mô hình, giới thiệu về cơ cấu truyền động được dùng
trong mô hình, hoạt động của mô hình, sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý điều khiển cho mô hình, lưu đồ
giải thuật điều khiển thang máy.
1.2 Mô tả cấu trúc chi tiết của mô hình
1.2.1 Cấu trúc bên trong buồng thang
Bên trong buồng thang có 3 nút điều khiển ( tạm gọi là các nút yêu cầu đến tầng - DT: DT1,
DT2, DT3) và đèn tương ứng minh hoạ cho trạng thái yêu cầu của mỗi nút ấn. Nhưng do bên trong
buồng thang chỉ là mô hình rất nhỏ không thể điều khiển từ bên trong được cho nên em để 3 nút bấm
này ở trên mạch chính và 4 led hiển trạng thái di chuyển trên mạch chính.
1.2.2 Cấu trúc bên ngoài buồng thang
Bên ngoài buồng thang có 4 nút ấn và các nút nhân em để trên mạch chinh, đồng thời còn có 3

led 7 đoạn trên 3 tầng hiển thị số tầng mà buồng thang đang đứng hoặc đang di chuyển đến.
- Tầng 1 có 1 nút ấn để yêu cầu lên các tầng trên ( 1GTL), và có 1 đèn trạng thái (LEN) minh
hoạ cho yêu cầu của nút ấn : khi nút 1GTL được nhấn thì Led LEN sẽ sáng, đến khi nào buồng thang
dừng ở tầng 1 thì led LEN sẽ tắt đi và Led NGHI sáng.
- Tầng 2 có 2 nút ấn gọi tầng (2GTL, 2GTX) và 2 đèn trạng thái. Khi nút 2GTL nhấn thì led
LEN sẽ sáng, đến khi buồng thang dừng thì led LEN sẽ tắt đi và led NGHI sáng, 2GTX thì led
XUONG sẽ sáng, đến khi nào buồng thang dừng ở tầng 1 thì led XUONG sẽ tắt đi và Led NGHI
sáng.
- Tầng 3 có 1 nút ấn gọi tầng (3GTX) và 1 đèn trạng thái. khi nút 3GTX được nhấn thì Led
XUONG sẽ sáng, đến khi nào buồng thang dừng ở tầng 1 thì led XUONG sẽ tắt đi và Led NGHI
sáng.

Footer Page 2 of 113.


Header Page 3 of 113.

1.2.3 Cơ cấu truyền động của thang
- Cơ cấu truyền động để nâng, hạ buồng thang ở đây dùng 1 động cơ điện 1 chiều, buồng thang
được kéo bởi 1 cáp gắn ở puly trục hộp giảm tốc qua ròng rọc gắn trên nóc của cơ cấu.
- Một cơ cấu để đóng mở cửa tầng khi buồng thang đến tầng cần phục vụ ( dùng 1 động cơ 1
chiều có đảo chiều).
- Để điều khiển cấp điện cho 2 động cơ : 1 động cơ truyền động nâng - hạ buồng thang, và 1
động cơ để truyền động đóng - mở cửa tầng. Ở đây dùng 2 rơle để điều khiển cho động cơ truyền
động nâng hạ buồng thang . Dùng 2 rơle để điều khiển 2 chiều chuyển động cho động cơ đóng mở
cửa tầng
- Tương ứng trên mỗi tầng có gắn cảm biến tầng xác định vị trí của buồng thang.
1.2.4 Nguồn điện sử dụng cho mô hình
- Dùng nguồn 12V, 5V DC cấp cho động cơ truyền động nâng hạ buồng thang, đóng và mở
của buồng thang.

- Dùng nguồn 5V DC cấp cho mạch điều khiển.
1.2.5 Hoạt động của mô hình
Các nút yêu cầu điều khiển (DT và GT) có thể được chọn liên tiếp và được lưu giữ (lúc này
các đèn trạng thái nhớ sẽ sáng), khi đó chúng được xử lý ưu tiên theo hành trình.
- Khi buồng thang được điều khiển đến tầng yêu cầu nó sẽ dừng lại, lúc này đèn báo trạng thái
tại tầng đó cũng tắt, cửa buồng thang sẽ mở ra trong khoảng 4s sau đó sẽ tự động đóng lại. Nếu còn
yêu cầu đến các tầng khác thì thang máy tiếp tục, còn nếu không nó sẽ dừng lại tại vị trí đó. Nếu
thang máy đang ở vị trí đó mà nút gọi tầng tại vị trí đó được nhần thì cửa buồng thang sẽ mở ra trong
khoảng 4s và sau đó sẽ tự động đóng .

Footer Page 3 of 113.


Header Page 4 of 113.

1. 3 Sơ đồ khối của mô hình mô phỏng và chức năng từng khối

KHỐI HIỆN
THỊ

KHỐI CẢM BIẾN
KHỐI ĐIỀU

KHỐI ĐIỀU KHIỂN CÔNG
KHIỂN TRUNG TÂM

SUẤT

KHỐI DỮ LIỆU NÚT
NHẤN

KHỐI TRUYỀN ĐỘNG

KHỐI NGUỒN

Hình 4.1 Sơ đồ khối mạch điều khiển thang máy

Footer Page 4 of 113.


Header Page 5 of 113.
 Chức năng nhiệm vụ của các khối:
Khối cảm biến: Cung cấp vị trí của buồng thang, các giới hạn của thang cho khối xử lý.
Khối dữ liệu nút nhấn: Cung cấp dữ liệu cho khối xử lý trung tâm về hoạt động gọi tầng, chọn tầng.
Khối hiện thị: Hiện thị vị trí, trạng thái của buồng thang. Xác nhận khi có hiện tượng gọi tầng.
Khối điều khiển công suất: Cung cấp nguồn cho khối truyền động gồm có động cơ một chiều điều
khiển đóng mở cửa và động cơ một chiều điều khiển buồng thang di chuyển. Sự thay đổi các cấp điện
áp được nhận lệnh từ khối mạch điều khiển trung tâm.
Khối truyền động: Bao gồm có 1 động cơ 1 chiều điều khiển sự di chuyển của buồng thang và 1
động cơ điện 1 chiều điều khiển đóng mở của.
Khối điều khiển trung tâm: Điều khiển trạng thái hoạt động của thang. Nhận và xử lý các thông tin
do các khối cung cấp.
Khối nguồn: Cung cấp nguồn 1 chiều cho động cơ và các mạch hoạt động.

Footer Page 5 of 113.


Header Page 6 of 113.

1.4 Sơ đồ nguyên lý và tính toán lựa chọn linh kiện
1.4.1 Sơ đồ nguyên lý của board mạch chính

Footer Page 6 of 113.


Header Page 7 of 113.

Mạch động cơ

Mạch cảm biến

Footer Page 7 of 113.


Header Page 8 of 113.

1.4.2.1 LED 7 đoạn

5V

220
R

220
R

220
R

220
R

220
R

220
R

220
R

- Tính toán chọn R hạn dòng cho LED 7
đoạn:
- Ta chọn điện áp qua led là 4V và dòng

U5

led là 5V nên điện trở hạn dòng R là

74LS47

D3
D2
D1
D0

R

6
2
1

7

4
3

BI/RBO
LT

RBI
G
F
E
D
C
B
A

5
14
15
9
10
11
12
13

qua led là 50mA, nguồn cung cấp cho
5V  4V
 200
0,050 A

- Ta chọn trở R  220

Sơ đồ mạch điều khiển led 7 đoạn
Q1 : Transistor điều khiển cấp nguồn cho anode chung của led. Chọn Q1 là A1013
Rb : điện trở nối cực base của Q1 để phân cực cho Q1 .
Dòng trên một đoạn khi led sáng là 15mA , như vậy khi tất cả các led trên 1 hàng sáng thì dòng Ic của
Q1 phải là Ic = 16*15= 240mA
RL : là điện trở hạn dòng cho led được nối với uln2803

RL=

VCC  VEC  VLED 5  0,2  2

 200 , chọn RL=220Ω.
I LED
15mA

Để Q1 dẫn bão hoà VEC = VEC – SAT = 0,2 v
Thì hfe*IB  n*IC với n = 3,4,5…

Footer Page 8 of 113.


Header Page 9 of 113.
chọn n = 6 thì IB=

Rb=

n * I C 6 *105mA


 9mA
hfe
70

VCC  VEB 5  0,7

 430 , chọn Rb=1KΩ.
IB
10

1.4.3 Mạch so sánh điện áp ngõ vào của cảm biến
4.4.3.1 Giải thích sơ đồ nguyên lý
5V

3
R2

R1

R3

23

LM324 OUT

1

V0

2

D1

+
1

-

D2

0

Hình 4.7 Sơ đồ nguyên lý mạch so sánh điện áp ngõ vào của cảm biến

Chọn Opamp để so sánh là LM 324.
Led phát D1 phát sáng làm cho led thu D2 lúc này có dòng chảy qua D2 cho áp rơi trên D2 tăng
lên, điều đó dẫn đến áp vào cổng đảo V0 của Opamp giảm.
Ta có V0 

VCC RD
R D  R2

Áp ở cổng vào không đảo của Opamp được điều chỉnh để khi D1 phát D2 thu được thì mức áp ở
cổng đảo thấp hơn áp ở cổng vào không đảo nhưng phải nhỏ hơn áp ở cổng vào không đảo khi D2
không thu được ánh sáng từ D1 phát.

Footer Page 9 of 113.

Header Page 10 of 113.

Như vậy khi D1 phát sáng cho D2 thu được thì đầu ra của Opamp là mức 5V và ngược lại khi

D2 không thu được ánh sáng từ D1 phát thì đầu ra của Opamp là mức 0V. Thực tế 2 mức áp này là
0.5V và 3.5V đủ phân biệt mức ngưỡng 0 và 1.
4.4.3.2 Tính và chọn linh kiện :
Để LED D1 có cường độ phát sáng bình thường, giả sử chọn dòng qua LED D1 là 3,5mA, với
nguồn cung cấp là 5V, từ đó ta tính được điện trở kéo lên cho LED D1:
R1 

(5  1,5)V
 1k
0,0035 A

Chọn R1 = 1k .
Ở LED D2 khi không nhận được ánh sáng thì điện trở là rất lớn so với R2, khi nhận được ánh
sáng thì điện trở của D2 khoảng 10k.
Vì ta có điện áp đưa vào cổng đảo của opamp là V0 

VCC RD
R D  R2

, và điên áp đưa vào cổng không đảo

của Opamp là VR 3 ≈ 2.5V do vậy để tín hiệu ra khỏi Opamp là mức 5V khi D2 thu được ánh sáng tứ
D1 thì cần điều kiện V0 < VR 3 tức V0 < 2.5V <=>
RD = 10kΩ ,do đó R2 sẽ được tính như sau:

5V * 10 * 10 3

 2.5V => R2 = 10 kΩ
10 * 10 3  R2

Ta chọn điện trở R2 là 10k.

Footer Page 10 of 113.

VCC RD
 2.5V , trở kháng của D2 khi nhận ánh sáng
R D  R2


Header Page 11 of 113.

4.4.4 Mạch điều khiển động cơ
4.4.4.1 Sơ đồ nguyên lý
5V

12V

R1

R2

U7
1
OPTO
5

DC1

2

R3

2K2
D468

4

12V
2
1
7
6
8
5
3
R4

4

MOTOR

Hình 4.8 Sơ đồ điều khiển động cơ

4.4.4.2. Tính dòng qua rơle :
- Relay có thông số kỹ thuật sau : 12v/360 
Dòng qua relay là : Irelay =

12
 30 mA
360

Chọn dòng qua led : Iled = 10mA , áp trên led khoảng 1,8v
Nên Ic = 10 + 30 =40 mA
Suy ra R 4 =

12  1,8
 1K chọn 470 
10mA

Điều kiện để D468 dẫn bão hoà là IB 

Footer Page 11 of 113.

Ic
 min


Header Page 12 of 113.
 IB 

40mA
 0,67mA
60

Chọn IB = 2mA . Suy ra R3 =

5  0,7

 2,1K
2

Chọn R3 = 2K2
1.5 Lưu đồ thuật toán chương trình điều khiển thang máy
S

Tầng 2
,3 gọi ?

start

Tầng 1,2
gọi

Đ

Đ
Chạy xuống T=3
hiển thị

Chạy lên , T=1,hiển
thị

Đ

Đ

Đ
Dừng tầng,xóa dữ liệu

tầng 2,hiển thị

Đ

Tầng 2 có
dữ liệu

Tầng 2 có
dữ liệu

S
S

Đ

S

Tầng 3 có
gọi

Đ

Footer Page 12 of 113.

Dừng tầng ,xóa dữ
liệu t2,hiển thị

Chạy lên,T=2,dừng
tầng,xóa dữ liệu
T3,T=3,hiển thị

Tầng 1
gọi

Đ
Chạy xuống,T=2,dừng
tầng,xóa dữ liệu T1,T=1
,hiển thị

end


Header Page 13 of 113.

1.6 Hiển thị LED 7 đoạn

start

Tín hiệu vào

Đ
S

Thang
đi lên

Hiện tầng led 7
đoạn,led sáng

Đ

Hiện tầng led 7
đoạn,led sáng

thang đi
xuống

Đ
Thang

dừng

Đ

Footer Page 13 of 113.

Hiện tầng led 7
đoạn,led sáng


Header Page 14 of 113.

1.7 Thuật toán đóng mở cửa
start

Mở cửa.relay
2s

Dừng đợi 2s

Đóng

cửa

Dừng đợi 2s

Đóng cửa relay 6s

Mở cửa

end

Footer Page 14 of 113.


Header Page 15 of 113.

1.7 thuật toán điều khiển động cơ nâng hạ buồng thang

Relay 1 on

Relay 2 on

T/h gọi thang ,hiển
thị

T/h gọi thang,hiển
thị

S

S

Cảm biến

Cảm biến

dừng

dừng

Đ
Relay 1 off

Lên

Footer Page 15 of 113.

Đ
Relay 2 off

xuống