Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế hệ thống điều khiển thang máy chạy ở chế độ taxi
1 MỤC LỤC Phần : Mơ tả tốn học Phần : Cách giải toán Các giải pháp đề Giải pháp sử dụng Phần : Thuật toán Phần : Sơ đồ khối thiết kế I) II) Sơ đồ khối Thiết kế mạch Khối gọi thang máy Khối tạo trễ Khối chọn tầng Khối điều khiển động 2 Phần1: MƠ TẢ TỐN HỌC u cầu toán thiết kế hệ thống điều khiển thang máy hoạt động theo chế độ taxi Thang máy phục vụ yêu cầu hành trình Một hành trình có người gọi thang máy ,lệnh gọi chấp nhận , người khỏi thang máy ,sau thang máy di chuyển đến tầng chọn Tất lệnh gọi thang thang máy phục vụ bị từ chối Sau hành trình phục vụ thang máy dừng lại tầng chờ lệnh gọi Cụ thể toán thang máy thiết kế cho ngơi nhà tầng Ở phía ngồi thang máy,tại tầng có phím gọi thang máy lên xuống, có đèn LED dùng để hiển thị tầng thang máy thang máy hoạt động Bên thang máy hệ thống phím chọn tầng từ tới có đèn LED để hiển thị tầng *) Qúa trình hoạt động cuả thang máy: Khi có người bấm phím gọi thang máy, thang máy trạng thái nghỉ đèn báo gọi tương ứng bật sáng lệnh gọi chấp nhận, không đèn không sáng yêu cầu bị từ chối Khi lệnh gọi chấp nhận ,thang máy bắt đầu phục vụ gọi , suốt trình tất phím gọi thang khác bị khóa Thang máy di chuyển tới tầng có phím gọi mở cửa 30s Sau 30s thang máy đóng cửa chờ lệnh chọn tầng, người dùng vào thang máy nhấn phím chọn tầng đèn báo gọi thang tắt , tất phím gọi bị khóa , phím chọn tầng khác bị khóa suốt thời gian phục vụ , thang máy ghi nhận di chuyển tới tầng chọn Khi tới tầng chọn thang máy dừng lại, đèn chọn tầng tương ứng tắt , mở cửa 30s Sau 30s thang máy đóng cửa kết thúc lần phục vụ *)Đầu vào,đầu mối quan hệ logic: Ở giai đoạn đầu,khi thang máy di chuyển theo lệnh gọi,thì đầu vào số tầng nơi khách hàng gọi thang máy Chỉ số so sánh với số tầng thang máy để đưa đầu định thang máy lên hay xuống Ở giai đoạn sau,khi thang máy phục vụ theo lệnh chọn tầng,thì đầu vào số tầng chọn Và số đem so sánh với số tầng thang máy để đưa đầu định thang máy lên hay xuống Phần 2: CÁCH GIẢI QUYẾT 1- Các giải pháp đặt ra: Cách thứ nhất,ta sử dụng bit để mã hóa cho số tầng tầng Số tầng Cách mã hóa 00000001 00000010 00000100 00001000 00010000 00100000 01000000 10000000 Bảng mã hóa số tầng sử dụng bit Khi có tín hiệu gọi thang máy tín hiệu chọn tầng tức có tín hiệu đầu vào,lúc hệ điều khiển thực phép so sánh bit số đầu vào số tầng thang máy.Do cách mã hóa nên thứ tự so sánh từ bit có trọng số cao đến số có số thấp từ bit thấp đến bit cao.Giả sử ta chọn so sánh từ bit cao tới bit thấp.So sánh bít có khác trị số bit trọng số.Nếu trị số bít đầu vào nhỏ trị số bit số tầng thang máy thang máy xuống ngược lại Cách thứ hai,ta sử dụng bit để mã hóa cho số tầng tầng Số tầng Cách mã hóa 000 001 010 011 100 101 110 111 Với cách mã hóa việc so sánh bắt buộc phải so sánh từ trái qua phải So sánh bit có khác trị số bit trọng số Lúc so sánh giống trường hợp so sánh theo thứ tự từ trái qua phải 2- Giải pháp sử dụng 4 Phương án thứ có ưu điểm phục vụ nhiều l ệnh chọn tầng lượt phục vụ sử dụng giải pháp so sánh bit Nhược điểm mạch phức tạp phương án so sánh bit Phương án thích hợp cho tốn thang máy chế độ bus Phương án có cấu trúc đơn giản phù hợp với toán thang máy taxi Nhược điểm phương án phục vụ lệnh gọi lần phục vụ Từ giải pháp ta thấy phương pháp so sánh bit sử dụng bit nên dễ dàng tiện lợi bước so sánh.Từ tăng tốc độ làm việc mạch,cơ cấu so sánh cồng kềnh Phần3: THUẬT TỐN Tín hiệu 8bit Mã hóa 8bit -> 3bit So sánh bit Điều khiển động Phần4: SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH VÀ THIẾT KẾ I) Sơ đồ khối Từ phương pháp giải tốn, ta lập sơ đồ khối với khối chính: khối gọi thang , khối chọn tầng, khối điều khiển động khối tạo trễ 6 Hiển thị Khối LED 7SEG Gọi thang /C1-/C8 Cả m biến vị trí S0-S3 /CB1-/CB8 RSC Khối ĐK /LEN /OFF Động /OFF ON /XUONG Động RST /T1-/T8 Khối Khối Tạo trễ Chọn tầng Khối gọi thang máy có chức đưa tín hiệu gọi thang máy tới khối điều khiển Khối gồm có khối gọi thang máy tầng Mỗi khối gọi thang máy có đầu vào đầu Khi phím gọi thang máy tầng nhấn khối gọi tầng có nhiệm vụ kiểm tra xem khối gọi thang máy khác có đưa tín hiệu gọi thang máy hay khơng, có khối khơng đưa tín hiệu gọi thang máy tới khối điều khiển ngược lại Do yêu cầu hệ thống nên lần phục vụ khối đưa tín hiệu gọi thang máy mà thơi Tín hiệu đầu vào tín hiệu gọi thang máy từ khối cịn lại bit reset RSC,tín hiệu tín hiệu gọi thang máy khối Tín hiệu đầu đưa tới đầu vào khối khác khối điều khiển Các phím gọi thang phím chiều gọi thang hủy lệnh gọi thang Khối chọn tầng nằm thang máy có hệ thống phím bấm chọn tầng , phím có kèm đèn LED Khối có nhiệm vụ nhận lệnh chọn tầng người dung , chấp nhận từ chối lệnh chọn tầng tín hiệu đèn LED kèm theo phím Khi chấp nhận bật đèn , khơng khơng bật đèn Người dùng hủy lệnh chọn tầng cách bấm vào phím chọn tầng sáng ( phím tự động tắt ) Trong thời điểm có phím chọn tầng chấp nhận , phím khác bị từ chối Khối có chức điều khiển hệ thống điều khiển động Khối có 24 đầu vào đầu Trong 25 đầu vào bao gồm đầu vào tín hiệu cảm biến dùng để nhận biết vị trí thang máy, đầu vào đầu khối gọi thang máy ,8 đầu vào đầu khối chọn tầng tín hiệu vào cho phép khơng cho phép cho tín hiệu điều khiển động Đầu bao gồm tín hiệu cho thang máy lên,cho thang máy xuống, chế độ nghỉ , đầu reset cho khối chọn tầng khối gọi thang máy, 4bit đầu cho LED hiển thị Khối có chức mã hóa tín hiệu vào so sánh tín hiệu từ khối gọi thang máy khối chọn tầng với tín hiệu cảm biến để đưa tín hiệu điều khiển thang máy Khối cuối khối tạo trễ Khối có chức tạo khoảng thời gian để thang máy mở cửa đón trả khách hàng Tín hiệu đầu vào lấy từ khối điều khiển, khối điều khiển đưa tín hiệu cho thang máy hoạt động trễ bắt đầu tính thời gian để tạo khoảng thời gian cho thang máy bắt đầu hoat động đóng mở cửa II) Thiết kế phần cứng : Khối gọi thang máy Đây khối có chức đưa tín hiệu gọi thang máy từ phím gọi thang máy tới khối điều khiển động Khối gồm có khối nhỏ có sơ đồ cấu trúc hình vẽ Chỉ việc nghiên cứu khối nhỏ,các khối nhỏ lại tương tự Khối chia thành phần có hoạt động tương tự phần gọi lên gọi xuống Riêng khối tầng khối tầng có phần gọi xuống gọi lên Mỗi phần bao gồm cổng AND có đầu vào đầu ra, Flip-Flop Trong đầu vào tín hiệu gọi thang máy tầng cịn lại, bình thường khơng có tín hiệu gọi thang máy đầu vào mức có tín hiệu chuyển xuống mức 9 Các tín hiệu lấy từ đầu Flip-Flop xét sau đây, cịn tín hiệu thứ tín hiệu gọi thang máy tầng Khi nhấn phím gọi tín hiệu đưa vào đầu với mức 1,và ngược lại khơng nhấn phím gọi đầu vào mức Đầu cổng AND đưa vào tín hiệu CLK Flip-Flop, sử dụng Flip-Flop JK Flip-Flop có tác dụng dùng để nhớ trạng thái tín hiệu gọi tầng tầng đó, chân J,K Flip-Flop nối với mức tích cực cao Đầu Flip-Flop lấy Q đưa tới điều khiển động đưa tới điều khiển động tới đầu vào cổng AND khối gọi tầng khác *)Nguyên lý làm việc: Khi người dùng nhấn phím gọi thang ( lên xuống ) lệnh gọi chấp nhận đèn báo phím bật sáng Khi phím gọi thang chấp nhận tất phím gọi khác bị khóa , hệ thống từ chối tất lệnh gọi thang khác Flip flop JK nhằm trì trạng thái gọi ngày phím gọi nhả Đèn báo phím gọi tắt có tín hiệu chọn tầng khối chọn tầng thang máy Trong toán sử dụng bit /C ( =0 hai phím gọi chọn ), khối bit đầu L X , L=1 người dùng gọi lên , X=1 gọi xuống , thời điểm có phím chọn Khi người dùng muốn hủy lệnh gọi bấm vào phím sáng đèn , hệ thống hủy lệnh gọi trước bắt đầu nhận lệnh gọi thang từ tầng Trong khối phím có mức ưu tiên ngang , phím bấm trước phím ưu tiên phục vụ Khối tạo trễ 10 Phần tạo dao động dùng LM555 LM555 loại linh kiện phổ biến với việc dễ dàng tạo xung vng thay đổi tần số tùy thích, với sơ đồ mạch đơn giản,điều chế độ rộng xung Nó ứng dụng hầu hết vào mạch tạo xung đóng cắt mạch dao động khác.Đây linh kiện hãng CMOS sản xuất + LM7555 loại linh kiện dịng CMOS có chức tạo xung điều chỉnh độ rộng xung + CD4017 đếm sườn xung chia 10 hay chia tần số 10 lần 11 555 loại linh kiện tạo dung vng có điều chỉnh độ rộng xung (PWM) Mạc tạo xung vng đơn giản cần trở tụ điện tạo dao động xung vng cấp cho CD4017 555 quen thuộc với Các R1, R2, C1 dùng để tính giá trị tần số xung vuông đầu dao động tần số tính : f = 1/[ln2.C.(R1+2R2)] Phần đếm xung dao động : CD4017 CD4017 dòng CMOS dùng đếm xung thập phân Nó đếm xung sườn dương sườn âm kết thúc chu kì đếm tự động Reset Nó ứng dụng nhiều vào ứng dụng : điều khiển tự động, làm công cụ âm nhạc, điện tử y sinh, hệ thống cảnh báo, điện tử công nghiệp thiết bị đo từ xa… Nguyên lý hoạt động Khi xung đầu vào mức dương xung đếm xung đầu vào xuống mức âm chân giữ trạng thái mức Khi xung đầu vào lại đến sườn dương thứ ngày xung thứ đếm xung bị trạng thái xuống mức âm Cứ đếm đến 10 kết thúc chu kì đếm quay trở chu kì Nhìn vào bảng đếm để đếm tới 10 chân Reset ln phải mức chân 13 phải mức âm • Chú ý : CD4017 đếm mức : Đếm sườn âm Đếm sườn dương 12 + Nếu mà đếm sườn dương :Clock vào chân 14 Chân 13 phải nối xuống đất + Nếu đếm sườn âm : Clock vào chân 13 Chân 14 phải nối lên Vcc + CD4017 khơng đếm từ đến 10 Nó đếm từ đến hay đến Nhưng lớn 10 dựa vào chân Reset Flip-Flop JK Flip Flop JK khối hoạt động trạng thái J=K=1, tín hiệu đưa vào chân CLK đầu lấy chân Q /Q Khi có tín hiệu vào chân CLK đầu đảo mức cao / thấp trì trạng thái đầu có tín hiệu CLK chân R , S S 0 0 0 0 0 R 0 0 0 0 0 Ck x x _|¯|_ _|¯|_ _|¯|_ _|¯|_ _|¯|_ _|¯|_ _|¯|_ _|¯|_ J x x x x 0 0 1 1 K x x x x 0 1 0 1 Q x x 1 1 Q’ 0 1 0 1 13 Trong mạch ta sử dụng trạng thái cuối J = K = Nguyên lý hoạt động Đây mạch gồm có đầu vào đầu Mạch có tác dụng tạo độ trễ cho tín hiệu /OFF đầu vào, có tín hiệu đầu vào /OFF=0 , tín hiệu trễ LM555 sau khoảng thời gian : T= 1/f = ln2.C.(R1+2R2) Và qua CD4017 thời gian trễ mạch gấp 10 lần Thay số ta có : T = 10 1/f = 10.(ln2.10.10^-6.(20+2.180).10^3) = 30 (s) Cụ thể, tín hiêu đầu vào /OFF=0 mạch bắt đầu hoạt động Lúc OPEN=1 mở cửa thang máy , ON=0 cấm tính hiệu điều khiển động Sau khoảng thời gian trễ 30s , OPEN=0 đóng cửa thang máy ON=1 cho phép động hoạt động Trạng thái giữ lần có tín hiệu /OFF Khối chọn tầng Khối chọn tầng nằm thang máy có nhiệm vụ cho lệnh chọn tầng đưa tới khối điều khiển động Khối chọn tầng gồm phím chọn tầng có cấu tạo chức tương đương Trong thời điểm phím chọn tầng đưa tính hiệu chọn tầng tích cực , phím khác 14 hoạt động khơng có phím chọn Mỗi phím có đèn LED báo hiệu cho người dùng biết lệnh chọn tầng có chấp nhận hay không Một lệnh chọn chấp nhận người dùng bấm phím chọn đèn bật sáng Người dùng hủy lênh chọn cách bấm chọn vào phím sáng ( phím tăt ) sau chọn tầng cần di chuyển đến Khối chọn tầng có 8bit đầu bit RST đầu vào Khi RST =1 phím chọn (sáng đèn) bị reset (tắt đèn) Flip-Flop JK Flip Flop JK khối hoạt động trạng thái J=K=1, tín hiệu đưa vào chân CLK đầu lấy chân Q /Q Khi có tín hiệu vào chân CLK đầu đảo mức cao / thấp trì trạng thái đầu có tín hiệu CLK chân R , S 15 /T8’ RST /T1 /T2 /T3 /T4 /T5 /T6 /T7 T8 /T8 1 1 1 1 x 1 1 1 1 1 x x 0 1 1 1 x x 1 1 1 x x 1 1 1 x x 1 1 1 x x 1 1 1 x x 1 1 1 x x 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 x 1 1 Bảng chân lý mạch chọn tầng 16 Khi RST=0 chưa có phím tầng khác đạt mức tích cực /T8’=0 nhấn nút chọn tầng T8 đầu /T8=1.Nếu T8’=1 nhấn nút chọn tầng T8 =0 Khi tính hiệu Reset mức tích cực RST=1 đầu /T8 mức tích cực (0) trở mức khơng tích cực (1) , khơng khơng thay đổi mức Khi phím từ T1 đến T7 bấm đầu /T8 ln mức khơng tích cực ( phím chọn tầng bị vơ hiệu hóa ) Khối điều khiển động : Khối điều khiển động có cổng đầu vào 8bit ,1 bit ON tín hiệu đầu Cổng đầu vào gồm 8bit ( từ /C1 - /C8 ) nối tới khối gọi , 8bit ( /CB1 - /CB8 ) nối tới cảm biến vị trí thang máy , 8bit (từ /T1 - /T8 ) nối tới khối chọn tầng đặt thang máy bit ON nối tới khối tạo thời gian trễ Đầu gồm 4bit hiển thị , bit reset khối gọi thang RSC , bit reset khối chọn tầng RST , 3bit điều khiển động /LEN /XUONG /OFF Khối điều khiển động thực việc nhận tín hiệu đầu vào từ cảm biến vị trí, khối chọn tầng , khối gọi thang cho tín hiệu điều khiển 17 động thích hợp , hiển thị vị trí thang máy thơng qua LED , reset khối gọi chọn tầng Bit RSC có mức tích cực (reset khối gọi thang ) có phím chọn tầng bấm Bit RST reset khối chọn tầng vị trí thang máy trùng với tầng mà người chọn bàn phím chọn tầng thang máy Khối cho tín hiệu điều khiển động bit ON = a IC mã hóa 74LS148 đầu vào đầu : Hình 1.IC mã hóa 74LS148 Ta có chân tín hiệu vào dư liệu từ I0 đến I7 có mức tích cực thấp Tương ứng A0,A1,A2 chân tín hiệu dư liệu có mức đảo EI chân tín hiệu vào cho phép,có mức tích cực thấp OE,GS tín hiệu báo trạng thái cho tầng sau Chỉ EI có mức tích cực IC làm việc, mạch mã hóa có mức ưu tiên cao cho I7 giảm dần I0 Các tín hiệu GS OE để tầng sau phân biệt trạng thái mà đầu A0,A1,A2 có mức cao /EI /I0 x x /I1 x x Tín hiệu vào /I2 /I3 /I4 x x x 1 x x x /I5 x x /I6 x x Tín hiệu /I7 /GS /A2 /A1 /A0 x 1 1 1 1 0 0 EO 1 18 0 0 0 x x x x x x x x x x x x x x x 1 x x x 1 x x 0 1 x 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Bảng chân lý 74LS148 b IC so sánh bit 7485 : Ai(i=0,1,2,3) Bi(0,1,2,3) đầu vào so sánh tương ứng số bốn bit Còn I(A>B), I(AB,AB3 A3B) I(AB2 x x x x x A2B1 x x x x A2=B2 A1B0 x x x A2=B2 A1=B1 A0B 1 1 Đầu A