Đang tải... (xem toàn văn)
Lêi Nãi §Çu Ngµy nay,c¸c vi ®iÒu khiÓn ®• th©m nhËp vµo mäi lÜnh vùc vña ®êi sèng tõ d©n sù ,qu©n sù ®Õn an ninh quèc phßng,cã mÆt trong hÇu hÕt c¸c øng dông hµng ngµy tõ nh÷ng thiÕt bÞ nhá nh ®iÖn tho¹i di ®éng,m¸y nh¾n tin,trß ch¬i ®iÖn tö,c¸c thiÕt bÞ gia dông(m¸y giÆt,®iÒu hßa,tñ l¹nh….) ®Õn nh÷ng thiÕt bÞ lín nh «t«,tµu thñy,xe löa,m¸y bay,hÖ thèng m¹ng ®iÖn tho¹i,c¸c bé ®iÒu khiÓn tù ®éng trong nhµ m¸y,c¸c bé ®iÒu chØnh trong nhµ m¸y ®iÖn h¹t nh©n,trong c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn ¸nh s¸ng… Víi mét lo¹t c¸c øng dông thó vÞ trªn,ë ®©yem xin giíi thiÖu mét øng dông nhá dïng vi ®iÒu khiÓn 8051(cô thÓ lµ vi ®iÒu khiÓn AT89S52) ®Ó thiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu khiÓn b•i ®ç xe tù ®éng.§©y lµ mét øng dông nhá cña vi ®iÒu khiÓn nhng thùc tÕ sö dông rÊt nhiÒu trong c¸c hÖ thèng.
Lời Nói Đầu Ngày nay,các vi điều khiển đã thâm nhập vào mọi lĩnh vực vủa đời sống từ dân sự ,quân sự đến an ninh quốc phòng,có mặt trong hầu hết các ứng dụng hàng ngày từ những thiết bị nhỏ nh điện thoại di động,máy nhắn tin,trò chơi điện tử,các thiết bị gia dụng(máy giặt,điều hòa,tủ lạnh.) đến những thiết bị lớn nh ôtô,tàu thủy,xe lửa,máy bay,hệ thống mạng điện thoại,các bộ điều khiển tự động trong nhà máy,các bộ điều chỉnh trong nhà máy điện hạt nhân,trong các hệ thống điều khiển ánh sáng Với một loạt các ứng dụng thú vị trên,ở đâyem xin giới thiệu một ứng dụng nhỏ dùng vi điều khiển 8051(cụ thể là vi điều khiển AT89S52) để thiết kế hệ thống điều khiển bãi đỗ xe tự động.Đây là một ứng dụng nhỏ của vi điều khiển nhng thực tế sử dụng rất nhiều trong các hệ thống. 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ ĐIỀU KHIỂN BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG 1.1. MỞ ĐẦU Hiện nay, các bãi đỗ xe công cộng nhu ở các khu phố, khu chung cư, hội chợ việc quản lý gặp nhiều khó khăn. Số lượng xe vào và xe ra là ngẫu nhiên, có lúc nhiều xe, có lúc ít xe, nhiều khi lại ách tắc quá tải. Công việc quản lý tưởng chừng như đơn giản song lại tốn nhiều nhân lực: người thì bán vé, người thu vé người thì phải thường xuyên giám sát số lượng xe có trong bãi bên cạnh đó việc kiểm soát vé là cũng khó khăn. Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà trong đó là kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin…. do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng. Áp dụng những thành tựu khoa học ta có thể sử dụng các phương tiện hoàn toàn tự động để điều khiển bãi đỗ xe tự động, không những giảm được nhân lực , đáp ứng được kinh tế mà còn có thể kiểm soát được số lượng vé trong ngày, tháng quý Trong giới hạn đề tài em chỉ thiết kế hệ thống điều khiển bãi đỗ xe với việc đếm số lượng xe ra vào hay quản lý số chỗ đỗ xe, số xe có trong bãi và điều khiển thanh chắn ra vào. Để thực hiện được điều đó cần phải thiết kế hai phần chính sau: bộ phận cảm biến và bộ phận đếm. * Bộ phận cảm biến: gồm phần phát và phần thu. Thông thường người ta sử dụng phần phát là led hồng ngoại để phát ra ánh sáng hồng ngoại mục đích để chống nhiễu so với các loại ánh sáng khác, còn phần thu là transistor quang để thu ánh sáng hồng ngoại. * Bộ phận đếm: có nhiều phương pháp thực thi đó la 2 -Lắp mạch dùng kỹ thuật số với các IC đếm, chốt, so sánh ghép lại -Lắp mạch dùng kỹ thuật vi xử lí -Lắp mạch dùng kỹ thuật vi điều khiển 1.2. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 1.2.1. Với mạch đếm dùng IC rời • Ưu điểm: -Cho phép tăng hiệu suất lao động -Đảm bảo độ chính xác cao -Tần số đáp ứng của mạch nhanh, cho phép đếm với tần số cao -Khoảng cách đặt phần phát và phần thu xa nhau cho phép đếm những sản phẩm lớn. -Tổn hao công suất bé, mạch có thể sử dụng pin hoặc accu -Khả năng đếm rộng -Giá thành hạ -Mạch đơn giản dễ thực hiện Với việc sử dụng kỹ thuật số khó có thể đáp ứng được việc thay đổi số đếm. Muốn thay đổi một yêu cầu nào đó của mạch thì buộc lòng phải thay đổi phần cứng. Do đó mỗi lần phải lắp lại mạch dẫn đến tốn kém về kinh tế mà nhiều khi yêu cầu đó không thực hiện được bằng phương pháp này. Với sự phát triển mạnh của nghành kỹ thuật số đặc biệt là cho ra đời các họ vi xử lí và vi điều khiển rất đa chức năng do đó việc dùng kỹ thuật vi xử lí, kỹ thuật vi điều khiển đã giải quyết những bế tắc và kinh tế hơn mà phương pháp dùng IC rời kết nối lại không thực hiện được. 1.2.2. Với mạch đếm dùng kỹ thuật vi xử lí Ngoài những ưu điểm như đã liệt kê trong phương pháp dùng IC rời thì mạch đếm sản phẩm dùng kỹ thuật vi xử lí còn có những ưu điểm sau: -Mạch có thể thay đổi số đếm một cách linh hoạt bằng việc thay đổi phần mềm, trong khi đó phần cứng không cần thay đổi mà mạch dùng IC rời không 3 thể thực hiện được mà nếu có thể thực hiện được thì cũng cứng nhắc mà người công nhân cũng khó tiếp cận, dễ nhầm. - Số linh kiện sử dụng trong mạch ít hơn. -Mạch đơn giản hơn so với mạch đếm sản phẩm dùng IC rời và có phần cài đặt số đếm ban đầu -Mạch có thể lưu lại số liệu của các ca sản xuất -Mạch có thể điều khiển đếm được nhiều dây chuyền sản xuất cùng lúc bằng phần mềm -Mạch cũng có thể kết nối giao tiếp được với máy tính thích hợp cho những người quản lí tại phòng kỹ thuật nắm bắt được tình hình sản xuất qua màn hình của máy vi tính. Nhưng trong thiết kế người ta thường chọn phương pháp tối ưu nhưng kinh tế do đó chúng em chọn phương pháp đếm sản phẩm dùng kỹ thuật vi điều khiển 1.2.3. Phương pháp đếm dùng vi điều khiển Ngoài những ưu điểm có được của hai phương pháp trên, phương pháp này còn có những ưu điểm : -Trong mạch có thể sử dụng ngay bộ nhớ trong đối với những chương trình có quy mô nhỏ, rất tiện lợi mà vi xử lí không thực hiện được. -Nó có thể giao tiếp nối tiếp trực tiếp với máy tính mà vi xử lí cũng giao tiếp được với máy tính nhưng là giao tiếp song song nên cần có linh kiện chuyển đổi dữ liệu từ song song sang nối tiếp để giao tiếp với máy tính. 4 CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MẠCH PHẦN CỨNG 2.1. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG Sơ đồ cấu trúc tổng quát Hệ thống gồm 4 khối chính: - Khối cảm biến: Khối cảm biến có nhiệm vụ phát hiện đối tượng (xe ra vào) - Khối xử lý: Khối xử lý có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ khối cảm biến, nhận biết đối tượng và đưa ra các lệnh điều khiển tới khối chấp hành. - Khối hiển thị: Khối hiện thị có nhiệm vụ hiển thị trạng thái của hệ thống LCD 2.1.1. Khối cảm biến A. Hệ thống phát hồng ngoại Để có thể nhận biết được sản phẩm có rất nhiều phương pháp như siêu âm, laser hay hồng ngoại mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng. Với ưu điểm giá thành và dễ dàng thiết kế và thi công phương pháp cảm biến bằng hồng ngoại được chọn. Tuy nhiên phương pháp này cho ta độ ổn định và tin cậy không cao. Với hồng ngoại có rất nhiều cách có thể được sử dụng để cảm biến. Với các sản phẩm có độ bóng cao có thể ứng dụng đặc tính phản xạ của hồng ngoại để cảm biến, bằng phương pháp này chúng ta sẽ bố trí cặp thu phát ở cùng một phía, rất dễ cho lắp đặt, nhưng với các sản phẩm có độ phản xạ không cao thi ta 5 KHỐI XỬ LÝ CẢM BIẾN BÀN PHÍM KHỐI HIỂN THỊ Chấp hành s b trớ cp thu phỏt hai phớa, phng phỏp ny cho chỳng ta tin cy cao hn tuy nhiờn khi lp t thit b s phc tp hn. H2.1: Mch to dao ng Hoạt động của mạch điện này nh sau: Ngay khi cung cấp điện lần đầu cho mạch này, điện áp trên tụ C1 bằng 0V nên mạch ở trạng thái ban đầu nh sau: R = 0, S = 1 Q của FF ở mức logic cao Q bù của FF ở mức logic thấp (0V) dẫn đến T1 tắt mức điện áp ra ở chân 3 ở mức cao. Tụ C1 bắt đầu nạp điện qua điện trở R1, R2 cho đến khi điện áp trên C1 tăng đến trị số 2/3Vcc ( lúc điện áp trên tụ C1 tăng quá Vcc/3, mạch so sánh 2 đổi trạng thái R = S = 0 nên FF vẫn giữ nguyên trạng thái cũ chân 3 vẫn ở mức cao) ở thời điểm này mạch so sánh 1 đổi trạng thái nên R = 1, S = 0 FF đổi trạng thái tức là Q bù ở mức cao phân cực cho T1 dẫn bão hoà làm cho chân 3 chuyển trạng thái về mức thấp, tụ C1 phóng điện qua R1, chân 7 và T1cho đến khi điện áp trên tụ giảm xuống còn 1/3Vcc mạch so sánh 2 đổi trạng thái S = 1, R = 0 Q bù của FF chuyến lên mức điện áp cao T1 tắt tụ C1 lại bắt đầu nạp đến điện áp 2/3Vcc. Chu trình cứ lặp đi lặp lại tại chân 3 sẽ tạo dao động xung vuông. Vì R2 rất lớn hơn R1 nên thời gian nạp lớn hơn rất nhiều thời gian phóng nên một chu kỳ của bộ định thời t = R2.C1 = 0,01 s Vậy tần số phát là f = 1/t = 100Hz. B. H thng thu Phớa thu ta dựng mch in nh sau: 6 H2.2: Mạch điện phía thu Mạch điện phía thu gồm có ba khối chính như sau: Khối 1: có nhiệm vụ tạo dao động theo tín hiệu của Diot thu hồng ngoại, lọc và khuếch đại sơ bộ tín hiệu thu được. Như vậy khối một sẽ gồm các linh kiện: Diot thu D2, bộ khuếch đại thuật toán (IC1), tụ C2, C3, điện trở R4, R5. Trong đó IC1, điện trở R4, tụ C2 đóng vai trò là bộ lọc tích cực thông thấp một cực dùng hồi tiếp âm. Khối 2: Có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu gồm IC 2 , tụ C4, R6, R7. Với hệ số khuếch đại tính theo công thức: Yêu cầu cần hệ số khuếch đại cỡ 150 lần ta chọn R7 = 330K, R6 = 1K, tụ C4 = 1µF suy ra Z ≅ 2K. Tín hiệu sau khi được khuếch đại qua tụ nối tầng C5 đưa vào khối 3. Khối 3: Có nhiệm vụ tách sóng tạo tín hiệu một chiều để đưa vào bộ so sánh tạo mức điện áp ra một chiều ở mức logic 0, 1 có thể tích hợp với bộ xử lý số. Để thực hiện tách sóng ta dùng một Diot D3 (1N4148) và tụ lọc C6(1µF). D4(1n4148), R8(1K), R9(1K) tạo thành một mạch phân áp có nhiệm vụ bù sụt áp tín hiệu xoay chiều được chỉnh lưu bởi D3. 7 Z R 1K 6 u += • Hoạt động phát hiện xe ra vào của khối Cảm biến Trong hệ thống sử dụng 2 bộ thu phát hồng ngoại (bộ 1 và bộ 2) để nhận biết sự xuất hiện và chiều di chuyển của xe (đi vào hay đi ra). Căn cứ vào thứ tự chắn các đèn hồng ngoại mà ta có thể kết luận rằng xe đó đi vào hay đi ra . Cụ thể như sau: H2.3: Sơ đồ bố trí cảm biến Như vậy đối tượng đi vào và đi ra theo 2 chu trình khác hẳn nhau, ta sử dụng sự khác biệt này để lập trình cho Vi diều khiển nhận ra chúng. 2.1.2. Khối hiển thị - Chức năng của LCD trong hầu hết các mạch, các bộ điều khiển đảm nhân vai trò hiển thị các thông số, các thông tin mà chúng ta muốn nhập vào hay các thông tin xử lý mà bộ điều khiển đang hoạt động được hiển thị ra màn hình, giúp chúng ta giao tiếp gần hơn với quá trình hoạt đông của hệ thống. LCD có loại 14 chân hoặc 16 chân. - Hình ảnh một màn hình LCD 16 chân được mô tả phía dưới Đầu thu 1 Đầu phát 2 Đầu phát 1 Đầu thu 2 Vµo Ra 8 Hình 2.6. Hình ảnh LCD 16 chân *) Mô tả các chân của LCD Chân V cc , V ss , V ee : là các chân cấp dương nguồn, -5V và đất tương ứng thì V EE được dùng để điều khiển độ tương phản của LCD. Chân chọn thanh ghi RS: Có 2 thanh ghi rất quan trọng bên trong LCD, chân RS được dùng để chọn các thanh ghi này như sau: Nếu RS = 0 thì thanh ghi mã lệnh được chọn để cho phép người dùng gửi 1 lệnh tới LCD. Nếu RS =1 thì thanh ghi dữ liệu được chọn cho phép người dùng gửi dữ kiệu cần hiển thị lên LCD. Chân đọc/ghi (R/W) Đầu vào đọc/ghi cho phép người dùng ghi thông tin lên LCD khi R/W = 0 hoặc đọc thông tin từ nó khi R/W =1 Chân cho phép E. Chân cho phép E được sử dụng bởi LCD để chốt thông tin hiện hữu trên chân dữ liệu của nó. Khi dữ liệu được cấp tới chân dữ liệu thì một xung mức cao xuống thấp phải được áp đến chân này để LCD chốt dữ liệu trên các chân dữ liệu. Xung này phải rộng tối đa 450ns Chân D0-D7. Đây là 8 chân dữ liệu 8bit, được dùng để gửi thông tin lên LCD hoặc đọc nội dung của các thanh ghi trong LCD. 9 Để hiển thị các chữ cái và con số ta hiển thị mã ASCII của các chữ cái từ A đến Z, a đến f và các con số từ 0 - 9 đến các chân này khi bật RS =1. Cũng có các mã lệnh có thể gửi đến LCD để xoá màn hình hoặc đưa con trỏ về đầu dòng, hoặc nhấp nháy con trỏ. Chúng ta cũng sử dụng RS = 0 để kiểm tra bit cờ bận xem LCD có sẵn sàng nhận thông tin. Cò bận là D7 và có thể được đọc khi R/W = 1 và RS = 0 như sau: Nếu R/W = 1, RS = 0 khi D7 =1 thì LCD bận bởi các công việc bên trong và sẽ không nhận bất kì thông tin mới nào. Khi D7 = 0 thì LCD sẵn sàng nhận thông tin mới. Lưu ý chúng ta nên kiểm tra cờ bận trước khi ghi bất kỳ thông tin nào lên LCD. Bảng mô tả các chân của LCD 14 chân: Ghép nối giữa LCD và vi điều khiển 10 [...]... khối kết nối như sau: 8051 PORT 1 BÀN PHÍM H2.8 : Sơ đồ khối kết nối bàn phím 15 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ PHẦN MỀN 3.1 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN Begi n Nạp các giá trị ban đầu Nhập số liệu từ bàn phím Hiển thị số liêu đã nhập Kiểm tra chu trình xe ra vào Không có xe Có xe qua Nâng thanh chắn Gọi chương trình đếm Chờ xe qua Hạ thanh chắn S Hiển thị Hết chỗ để xe Đ Hạ thanh chắn End 16 a) Chương trình nhập số liệu từ bàn. .. phép ta hiển thị tối đa 9999 vì vậy có thể nhập vào số đếm trong phạm vi từ 0 đến tối đa 9999, do đó trong mạch sử dụng 10 phím số từ 0 đến 9 Và mỗi lần nhập số vào để nhận biết là nhập mấy số hoặc đã nhập xong và muốn biết cho phép đếm chưa hoặc hủy bỏ số vừa nhập phải cần sử dụng thêm các phím chức năng, nên em dùng thêm 6 phím chức năng từ A đến F Do đó bàn phím gồm 16 phím được kết nối vào port... P3.3 Khi có xe qua cửa hai bit này sẽ nhận các giá trị 0 1 khác nhau qua đó đưa lên hoặc hạ xuống thanh chắn • Kết nối với bàn phím Vì đây là mạch đếm số lượng vị trí còn trống trong bãi đỗ xe thông qua số lượng xe ra vào nên ta cần phải cài đặt số lượng ban đầu cho thiết bị Hơn nữa mỗi bãi đỗ xe lại có khả năng chứa khác nhau nên vì vậy việc cập nhật giá trị ban đầu cho bộ đếm là rất cần thiết Ứng với... bàn phím • Chương trình con nhấn số Chương trình này cho phép nhập số thập phân Nếu phím nhấn từ 0 đến 9 thì nhận số còn phím từ A đến F thì xóa số Số nhận thì bit YES = [0], NO = [0] Sau khi nhập số liệu xong nếu thấy qua led hiển thị đúng số liệu đã nhập vào thì nhấn phím A tức là đặt bit YES = 1 (7E = 1) để kết thúc quá trình nhập số liệu Còn đang nhập nếu muốn bỏ số liệu vừa nhập vào thì nhấn phím. .. ĐIỀU KHIỂN Điều khiển chiều quay động cơ Động cơ Sơ đồ mạch điều khiển chiều quay động cơ 12 H2.6: Sơ đồ mạch điều khiển động cơ truyền động thanh chắn • Nguyên lý hoạt động : Đầu A, B lấy tín hiệu từ 89C51 +Khi A=1, B=0 , thì đầu ra của mạch điều khiển sẽ đặt lên động cơ một điện áp 1 chiều 7V Làm động cơ quay theo 1 chiều nhất định +Khi A=0, B=1 , thì đầu ra của mạch điều khiển sẽ đặt lên động cơ... đưa vào khối xử lý nhận biết và ra quyết định cho khối chấp hành 14 • Kết nối với khối hiển thị Dùng Port 2 (8 bit )của 89C51 để xuất dữ liệu cần hiển thị Dữ liệu cần hiển thị chính là số vị trí còn trống trong bãi đỗ Đây là 8 bit nhị phân sau đó được giải mã thành BCD rồi đưa ra khối hiển thị • Kết nối với khối chấp hành: Dùng 2 chân của 89C51 để điều khiển khối chấp hành (điều chỉnh chiều quay động. .. 2.7 Ghép nối giữa vi xử lý và LCD Nguyên tắc hoạt động Giá trị số cần hiển thị của mỗi con số được gửi đến cổng P2 từ CPU dưới dạng mã BCD Từ đây BCD được mạch SN7447 giải mã và tạo ra các tín hiệu điều khiển thích hợp đưa đến các chân catốt a.b, g của LED Mỗi giá trị cần hiển thị được đưa đến cổng P2cứ mỗi 2ms một lần cho một đèn Giá trị số nói trên được hiện ra trên chử số thập phân nào lại là do... là 4 bit mã BCD của giá trị số hiển thị mà là các mẫu 7 bit để làm sáng các nét tương ứng với giá trị số đó Như vậy CPU phải để thì giờ để chuyển đổi từ giá trị số hệ 16 sang mẫu bit dành cho các nét của LED 2.1.3 Khối chấp hành Đầu vào : Lấy từ 89C51 Đầu ra : Nối với động cơ • Nhiệm vụ khối chấp hành: Khối này nhận tín hiệu điều khiển từ 89C51 để điều khiển chiều quay động cơ (chiều dịch chuyển của... mã phím vào ngăn xếp Trong lúc đợi phím được nhả ra gọi chương trình dò tìm mã phím ấn 50 17 lần để xem phím có còn được nhấn nữa hay không Khi R3 = 0 thì lấy mã phím trao cho thanh ghi A Bắt đầu #50→ (R3) Gọi CT dò mã phím Đ C=0 Không có phím ấn Có phím ấn S R3 - 1 R3=0 S Đ Cất ACC 50 → R3 Gọi CT dò mã phím Đ C=1 S S R3 - 1 R3= 0 RET Đ Lấy ACC Đ • Chương trình dò mã phím ấn: 8051 luôn đọc dữ liệu từ. .. với trường hợp trước Làm động cơ quay theo chiều ngược với trường hợp trước Như vậy, với việc điều khiển mức tín hiệu ra của vi điều khiển ta đã điều khiển được chiều quay của động cơ theo ý muốn Động cơ được lựa chọn trong mạch ứng dụng này là động cơ 1 chiều Động cơ quay khi điện áp đặt vào nó từ 5V-12V Chiều quay của động cơ thay đổi khi đổi vị trí 2 cực điện áp đặt vào 2.1.4 Khối xử lý 13 R1 . ĐẦU Hiện nay, các bãi đỗ xe công cộng nhu ở các khu phố, khu chung cư, hội chợ việc quản lý gặp nhiều khó khăn. Số lượng xe vào và xe ra là ngẫu nhiên, có lúc nhiều xe, có lúc ít xe, nhiều khi lại ách. TOÁN Có xe qua Nạp các giá trị ban đầu Nhập số liệu từ bàn phím Hết chỗ để xe S Hiển thị số liêu đã nhập Nâng thanh chắn Gọi chương trình đếm Chờ xe qua Hạ thanh chắn Kiểm tra chu trình xe ra. tính mà vi xử lí cũng giao tiếp được với máy tính nhưng là giao tiếp song song nên cần có linh kiện chuyển đổi dữ liệu từ song song sang nối tiếp để giao tiếp với máy tính. 4 CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ