nhóm bt lớn vi mạch

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

BÀI TẬP LỚN
Đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển bãi đỗ xe tự động và giám sát nhiệt độ
Môn: Vi mạch tương tự và vi mạch số
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: Nguyễn Thu Hà
NHÓM THỰC HÀNH: Nhóm 10 – Lớp điện 6 –K10
SINH VIÊN THỰC HIỆN: Phạm Văn Cường
Đỗ Hải Đăng
Nguyễn Thế Thụy
Trần Văn Tiến
Nguyễn Bá Thỏa

1

Điện 6_k10


MỤC LỤC
Chương 1: Trình bày về các mạch chức năng sử dụng trong hệ thống........4
1.1 Phân tích yêu cầu công nghệ .....................................................................4
1.2 Các linh kiện cần dùng trong bài- mục đích sử dụng.................................5
Chương 2: Thiết kế hệ thống bãi đỗ xe tự động và giám sát nhiệt độ..........5
2.1. Sơ đồ khối bố trí linh kiện trong bài........................................................5
2.2. Liệt kê các linh kiện sử trong bản thiết kế ..............................................6
2.3 . Xây dựng mạch thuẩn hóa cho cảm biến nhiệt độ với dòng đầu ra từ (0 ÷
20)mA .......................................................................................................7
2.4 .Xây dựng mạch phát xung chuẩn cung cấp cho các bộ đếm dùng timer 555
.................................................................................................................11

2.5 .Trình bày sơ đồ chân, bảng chân lý và ứng dụng các vi mạch sử dụng
.................................................................................................................19
2.6 .Sơ đồ nguyên lý của mạch
.................................................................................................................21
2.7 Thuyết minh nguyên lý hoạt động của mạch
.................................................................................................................22
2.8 Xây dựng mạch mô phổng trên phần mềm proteus và chạy thử
.................................................................................................................24
Chương 3: Kết luận
3.1.Các kết quả đạt được .................................................................................24
3.2.Các hạn chế tồn tại của bản thiết kế và phương hướng khắc phục...........25

2

Điện 6_k10


MỞ ĐẦU
Ngày nay sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc
sống con người có những thay dổi ngày càng tốt hơn, với những thiết bị
hiện đại phục vụ công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Đặc
biệt góp phần đó là ngành kỹ thuật điện-điện tử góp phần không nhỏ
trong sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước. Những thiết bị điện,
điện tử được phát triển mạnh mẽ và ứng dụng trong cuộc sống và sản
xuất. Từ những thời gian đầu kỹ thuật số cho thấy ứng dụng ưu việt và
ngày càng được khẳng định thêm. Những thành tựu đó có thể biến những
cái tưởng chừng không thể thành có thể góp phần nâng cao đơi sống vật
chất con người.
Xuất phát từ thực trạng tắc nghẽn giao thông ở các thành phố lớn
như Tp Hà Nội và Tp Hồ CHí Minh ở nước ta và cả trên thế giới với sự

gia tăng của các phương tiện giao thông (đặc biệt là ô tô) một nhu cầu về
bãi đỗ xe cho các phương tiện giao thông là cấp bách. Một mặt giảm tắc
nghẽn giao thông, mặt khác nó còn đem lại mặt thẩm mỹ cho các thành
phố hiện đại. Với lý do đó, nhóm chúng em thiết kế mô hình bãi đỗ xe tự
động.Sau một thời gian học tập và được sự giúp đỡ của cô giáo bộ môn
và nỗ lực của bản than chúng em “thiết kế mạch điều khiển bãi đỗ xe tự
động có giám sát nhiệt độ’’ nhưng do kiến thức và kinh nghiệm có hạn
nên không thể tránh được sai xót. Chúng em rất mong sự giúp đỡ các thầy
cô giáo bộ môn nhằm phát triển thêm về đề tài này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

3

Điện 6_k10


Chương 1: Trình bày về các mạch chức năng sử dụng trong hệ
thống
1.1 Phân tích yêu cầu công nghệ

 Nếu cảm biến phát hiện xe có tín hiệu sẽ nâng cổng ra hoặc cổng vào
 Khi có đủ số lượng xe sẽ vô hiệu cảm biến xe vào
 Đèn trong bãi xe bật từ 18h-6h sáng hôm sau hằng ngày
 Khi nhiệt độ trong bãi xe vượt quá 59 độ C sẽ có còi báo hiệu đồng thời
mở tất cả các cửa ra vào
1.2 Các linh kiện cần dùng trong bài - mục đích sử dụng.
 IC-74LS192
Mục đích: Đếm số xe ra vào bãi xe và đếm lùi thời gian đóng mở barrie.

 IC-74LS85

Mục đích: so sánh số xe trong bãi với số lượng xe bãi xe có thể chứa để cảnh
báo bằng tín hiệu đèn.

 IC-NE555
Mục đích: tạo dao động cung cấp cho cách mạch đếm tiến lùi.

 IC-LM35
Mục đích: đo nhiệt độ môi trường trong bãi đỗ xe để đưa ra tín hiệu cảnh báo
khi nhiệt độ tang cao gây nguy hiểm cho công trình.

 Motor
Mục đích: đóng mở barrie.
4

Điện 6_k10


 Cổng logic.
Mục đích: tổng hợp tín hiệu đầu vào và thay đổi hoặc giữ nguyên ở tín hiệu đầu
ra
 Loa
Mục đích: cảnh báo khi có nhiệt độ vượt quá mức cho phép.

Chương 2: Thiết kế bãi đỗ xe tự động và giám sát nhiệt độ
2.1 Sơ đồ bố trí linh kiện.

KHỐI HỒNG
NGOẠI
KHỐI ĐIỀU
KHIỂN

KHỐI
NGUỒN

KHỐI ĐẾM

KHỐI GIẢI MÃ

KHỐI HIỂN THỊ

2.2 Các linh kiện sử dụng trong bài
5

Điện 6_k10


Stt

Tên linh kiện

Số lượng

Ghi chú

1

7SEG-BCD

2

Led 7 thanh đỏ

2

7SEG-BCD-

4

Led 7 thanh xanh

GRN
3

74LS85

2

4

74LS192

6

5

741

2

6

NE555

2

7

Led-green

1

8

Led-red

1

9

And_2

2

Cổng logic

10

Nor 2,3,4

7

Cổng tín hiệu vào

11

LM35

1

Cảm biến nhiệt độ

12

LM358

5

IC khuếch đại

13

Motor

2

Động cơ

14

Npn

6

Transistor

15

Or

2

Cổng logic

16

Relay

4

Rơ le

17

SW-SPDT-MOM

1

Công tắc 3 cực

18

Buzzer

1

Loa

6

Điện 6_k10


19

1N4007

8

Diode

20

Button

2

Nút ấn

21

Res

29

Điện trở

22

Not

2

2.3. Mạch chuẩn hóa cho cảm biến nhiệt độ với dòng điện đầu ra (0-20mA).

2.4. Sơ đồ chân, bảng chân lý và ứng dụng các vi mạch sử dụng.
2.4.1. IC 74LS192
Là loại IC tích hợp bộ nhị phân không đồng bộ, song song nó có chức năng đếm
thuận nghịch. Đặc biệt có thể đặt trước giá trị đếm với chân điều khiển nạp giá
trị.
Sơ đồ chân:

7

Điện 6_k10


D0>D3: Là tín hiệu đầu vào.
Q0>Q3: Là tín hiệu đầu ra.
TCU, TCD: là các chân carry(mang), dùng để nối tiếp các IC khác.
UP: Đếm xung đầu vào tăng.
DN: Đếm xung đầu vào giảm.

PL: là chân Preset (là chân đặt trước giá trị), khi lên cao (high) thì ko làm
gì, thấp(low) thì nhận dữ liệu từ D0 đến D3 làm giá trị đếm đầu tiên (giá
trị đặt trước)..
MR: là Master Clear, để lên cao là reset, thấp là chạy bình thường.

8

Điện 6_k10


Bảng chân lí:

Sơ đồ nguyên lý:

2.4.2. IC 74LS85
Là IC so sánh
Sơ đồ chân:

9

Điện 6_k10


Chân A0A3: giá trị đầu vào.
Chân B0B3: giá trị so sánh.
Chân A<B, A=B, A>B: chân thiết lập mức các chân ra khi cổng vào bằng cổng
so sánh.
Chân Q A<B, QA=B, QA>B: Chân giá trị đầu ra.

Bảng chân lí:

10

Điện 6_k10


Sơ đồ nguyên lý:

2.4.3. IC NE555
IC 555 là một loại linh kiện khá là phổ biến dễ dàng tạo được xung vuông
và có thể thay đổi tần số tùy thích, với sơ đồ mạch đơn giản,điều chế được độ
rộng xung. Nó được ứng dụng hầu hết vào các mạch tạo xung đóng cắt hay là
những mạch dao động khác.
Sơ đồ chân:

11

Điện 6_k10


Chân 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC
Chân 2(TRIGGER): Đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được
dùng như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp.
Chân 3(OUTPUT): Chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic.
Chân 4(RESET): Dùng lập định mức trạng thái ra.
Chân 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555
Chân 6(THRESHOLD) : là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp khác
và cũng được dùng như 1 chân chốt.
Chân 7(DISCHAGER) : có thể xem chân này như 1 khóa điện tử
Chân 8 (Vcc): là chân cung cấp áp và dòng cho IC hoạt động.

12

Điện 6_k10


*Thiết kế và tính toán mạch tạo dao động 1Hz.
R7

4

R

VCC

8

10k

Q
DC

5

CV

3

C

R8

GND

TH

6

2.2k

D

1

TR

B

U50
555

2

A

7

C1

C2

100u

4.7u

Hình3.5: Mạch tạo dao động

Hình 3.6: Dạng xung ra
Công thức tính:
Tm = ln(2). ( R1 + R2 ). C1 : thời gian điện áp mức cao.
Ts = ln(2). R2. C1 : thời gian điện áp mức thấp.
T = Tm + Ts : chu kỳ toàn phần.
13

Điện 6_k10


Tần số dao động:
f ==
Ta chọn C1=100uF, R1=10K, R2=2,2K.Vậy ta có xung ra với chu kì:
T =ln(2). 100. 10-6. (10.103 +2. 2,2. 103)~ 1(s).
2.4.4. LM35
Cảm biến LM35 là bộ cảm biến nhiệt mạch tích hợp chính xác cao mà điện
áp đầu ra của nó tỷ lệ tuyến tính với nhiệt độ theo thang độ Celsius. Chúng cũng
không yêu cầu cân chỉnh ngoài vì vốn chúng đã được cân chỉnh. Cảm biến
LM35 hoạt động bằng cách cho ra một giá trị hiệu điện thế nhất định tại chân
Vout (chân giữa) ứng với mỗi mức nhiệt độ.
Sơ đồ chân cảm biến LM35:

14

Điện 6_k10


Thông số kỹ thuật:


Điện áp đầu vào từ 4V đến 30V



Điện áp ra: -1V đến 6V



Công suất tiêu thụ là 60uA



Độ phân giải điện áp đầu ra là 10mV/oC



Độ chính xác cao ở 25 C là 0.5 C



Trở kháng đầu ra thấp 0.1 cho 1mA tải



Độ chính xác thực tế: 1/4°C ở nhiệt độ phòng và 3/4°C ngoài khoảng
-55°C tới 150°C
2.4.5

Led 7 thanh

Hình 2.4.5.1. Led 7 thanh trên thị trường

15

Điện 6_k10


Hình 2.4.5.2. Sơ đồ chân led 7 thanh
Đèn led 7 đoạn được sử dụng để hiển thị dữ liệu được xử lý bởi thiết bị điện tử
số. Chúng có thể hiện thị các số từ 0 đến 9 và các chữ cái từ A đến F và một vài
ký tự khác.

Dạng kí tự hiển thị
2.4.6. Cổng logic.
 Cổng AND.
Dùng để thực hiện phép nhân logic.
Kí hiệu:

A
B

Bảng trạng thái

Y

A

B

Y

0

0

0

0

1

0

1

0

0
16

Điện 6_k10

1

1

1

Hình 2.4.6.1: Kí hiệu và bảng trạng thái cổng AND
Nhận xét: Ngõ ra của cổng logic AND chỉ lên mức 1 khi các ngõ vào là mức 1.
+ A,B: ngõ vào tín hiệu logic
+ 0: mức logic thấp
+ 1: mức logic cao
+ Y: đáp ứng ngõ ra

 Cổng NOT.
Dùng để thực hiện phép đảo logic.
Ký hiệu

A

Bảng trạng thái

Y

A

Y

0

1

1

0

Hình 2.4.6.2 : Kí hiệu và bảng trạng thái cổng NOT
Nhận xét: Tín hiệu giữa ngõ ra và ngõ vào luôn ngược mức logic nhau.
 Cổng NOR
Dùng để thực hiện phép cộng phủ định logic
Ký hiệu

Bảng chân lý

17

Điện 6_k10


Nhận xét: tín hiệu ngõ vào có 1 tín hiệu ở mức 1 sẽ có tín hiệu ra ở mức 0.
 Cổng NAND.
Dùng để thực hiện phép nhân phủ định logic.
Ký hiệu

Bảng chân lý

Nhận xét: Khi cả 2 đầu vào ở tín hiệu mức 1 đầu ra sẽ là tín hiệu mức 0.
 Cổng OR.
Dùng để thực hiện phép cộng logic.
Ký hiệu

Bảng chân lý

18

Điện 6_k10


Nhạn xét: Khi tín hiệu đầu vào ở cả 2 chân là mức 0 sẽ cho ra tín hiệu là mức 0
còn lại sẽ là mức 1.

2.5. Chức năng và nhiệm vụ các khối.
2.5.1 Khối nguồn
Tạo ra dòng điện ổn định cung cấp cho toàn mạch
2.5.2. Khối hồng ngoại
Dùng để tạo ra xung clock có tần số với độ ổn định cấp cho khối điều
khiển.

Hình 2.5.2.1: Khối hồng ngoại
19

Điện 6_k10


2.5.3. Khối đếm
Nhận xung từ bộ điều khiển đếm lên hoặc đếm xuống, đồng thời xuất ra
giá trị chuyển đến khối giải mã.

Hình ảnh về khối đếm

Khối đếm có nhiệm vụ hiển thị giá trị từ “15” đến “00”đối với đầu xe vào

và hiển thị giá trị từ “19” đến “00”đối với đầu xe ra. Khi khối giây đếm đến giá
trị “00” ,sau một chu kì xung tiếp theo thì giá trị đếm tự động reset về “15” và
“13”, và dừng lại.

20

Điện 6_k10


Mạch đếm dây từ 0015
2.5.4. Khối hiển thị.
Trong các thiết bị .để báo trạng thái hoạt động của các thiết bị cho ra các
thong số chỉ là các dãy số đơn thuần , thường người ta sử dụng “ Led 7 đoạn “.
Led 7 đoạn được sử dụng khi các dãy số không đòi hỏi quá phức tạp chỉ hiện thị
số là đủ chẳng hạn led 7 đoạn được dung để hiển thị nhiệt độ phòng , đồng hồ
treo tường bằng điện tử , hiển thị số lượng sản phẩm trong 1 công đoạn nào
đó…
Led 7 đoạn có cấu tạo gồm 7 led đơn xếp ngang và có thêm 1 led đơn hình
tròn nhỏ bên phải của led 7 thanh.
Led 7 thanh sử dụng trong bài là led 7 thanh BCD

21

Điện 6_k10


Bảng chân lí

2.6. Sơ đồ nguyên lí của mạch

2.7 Nguyên lý hoạt động của mạch.
Nhấn nút start cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống mạch điều khiển bãi đỗ xe
tự động.
Khi có xe vào :
22

Điện 6_k10


Trong mạch chúng em thay cảm biến quang nhận biết xe ra vào bằng nút ấn
đơn. Khi có xe đầu vào nút ấn thay đổi trạng thái từ mở sang đóng, đồng thời
thay đổi mức điện áp từ cao sang thấp. Cấp 1 xung vào chân up của bộ giải mã
74LS192 lúc này bộ giải mã sẽ tăng lên 1 giá trị và hiển thị ra qua khối hiển thị
gồm 2 con led 7 thanh BCD.

Đồng thời khi nút nhấn thay đổi trạng thái cũng cấp tín hiệu cho khối xe vào
hoạt động. Lúc này sẽ cấp tín hiệu mức thấp cho U26 làm thay đổi trạng thái
đầu ra U26 từ múc 1 sang mức 0 tín hiệu này được cấp cho khối dao động
NE555 U19 qua một cổng not đảo tín hiệu sang mức 1 kích mở khối dao động
làm cho khỗi dao động dùng NE555 bắt đầu tạo xung với tần số gần 5hz cấp
cho bộ giải mã gồm 2 IC74LS192 để đếm lùi từ giá trị 15 về 00. Bên cạnh đó
động cơ 1 sẽ quay theo chiều thuận mở barrie đến khi gặp công tắc hành trình
CTH1 động cơ dừng. Khi thời gian đếm về 00 tín hiệu ra lúc này ở U9 sẽ là
1keets hợp với tín hiệu 1 từ U8 qua cổng and U5 cấp tín hiệu 1 vào 1 chân cổng
OR U26 chân còn lại lấy tín hiệu từ nút bấm, kết hợp 2 giá trị tại 2 chân truyền
tín hiệu 1 tại đầu ra của U26 tín hiệu này được cáp cho NE555 U19 qua cổng
NOT đảo tín hiệu sang mức thấp khóa U19 led ngừng đếm. Tín hiệu mức cao tị
đầu ra U26 được cấp cho 2 đầu 2 trở R20 và R18 đồng thời kích mở transitor
làm thay đổi trạng thái rơle đảo chiều động cơ. Động cơ quay theo chiều nghịch
đóng barrie đến khi gặp công tắc hành trình CTH2 động cơ dừng.

Khi có xe ra:
Khi có xe đầu ra nút ấn thay đổi trạn thái từ mở sang đóng, đồng thời thay đổi
mức điện áp từ cao sang thấp. Cấp 1 xung vào chân DN của bộ giải mã
74LS192 lúc này bộ giải mã sẽ giảm đi 1 giá trị và hiển thị ra qua khối hiển thị
gồm 2 con led 7 thanh BCD.
Đồng thời khi nút nhấn thay đổi trạng thái cung cấp tín hiệu cho khối xe ra hoạt
động. Lúc này sẽ cấp tín hiệu mức thấp cho U15 làm thay đổi trạng thái đầu ra
23

Điện 6_k10


U16 từ mức 1 sang mức 0 tín hiệu này được cấp cho khối dao động NE555 qua
một cổng AND_2 đảo tín hiệu sang mức 1 kích mở khối dao động làm cho cho
khối dao động dùng NE555 bắt đầu tạo xung với tần số 5hz cấp cho bộ giải mã
gồm 2 IC74LS192(U9, U11) để đếm giá trị từ 19 về 00. Bên cạnh đó động cơ 2
sẽ quay theo chiều thuận mở barrie đến khi gặp công tắc hành trình CTH3 động
cơ dừng. Khi thời gian đếm về 00 tín hiệu ra lúc này ở U7 sẽ là 1 kết hợp với tín
hiệu 1 từ U8 cấp tín hiệu 1 vào chân còn lại lấy tín hiệu từ nút bấm, kết hợp 2
giá trị tại 2 chân truyền tín hiệu 1 tại đầu ra của U13 tín hiệu này được cấp cho
NE555 qua cổng AND đảo tín hiệu sang mức thấp khóa U1 led ngừng đếm. Tín
hiệu mức cao tại đầu ra U13 đồng thời kích mở transitor làm thay đổi trạng thái
rơle đảo chiều động cơ. Động cơ 2 quay theo chiều nghịch đóng barrie đến khi
gặp công tắc hành trình CTH2 động cơ dừng.
3.8. Mạch mô phỏng trên proteus và chạy thử

CHƯƠNG 3: Kết luận và hướng phát triển
3.1. Kết luận
24

Điện 6_k10


Qua việc làm đề tài trên chúng em đã thu được rát nhiều kiến thức về
nhiều môn học,đây là kiến thức tổng hợp của các môn như đo lường cảm
biến,truyền động điện…Qua đề tài chúng em cũng đã biết và hiểu hơn về một
số loại cảm biến,IC,động cơ…phổ biến trên thị trường.Do vậy trong quá trình
thực hiện đề tài chúng em đã biết cách tổng hợp và vận dụng các kiến thức
trên để hoàn thành đề tài này.Tuy vậy do còn hạn chế về mặt kiến thức nên
chúng em còn mắc rất nhiều lỗi và sai sót,mong cô cho ý kiến để chúng em có
thể hoàn thành tốt hơn các đề tài sau này.
Chúng em cũng xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới cô Nguyễn Thu
Hà đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo để giúp chúng em hoàn thành đề tài này.
3.2. Hướng phát triển
Từ một hệ thống được xây dựng còn khá đơn giản,nhưng nó cũng là
nguyên tắc cơ bản của một bãi đỗ xe thông minh.Từ hệ thống này chúng ta có
thể phát triển thành 1 phần trong hệ thống lớn với các bước soát vé,phân loại
xe,tính tiền vé xe…Từ các tín hiệu thu được từ cảm biến sẽ phân tích,điều
khiển hệ thống có thể hoạt động ổn định,chính xác,tiết kiệm năng lượng đồng
thời giám sát được toàn bộ hệ thống.

25

Điện 6_k10