®¹i häc b¸ch khoa hµ néi
phÇn I
§å ¸n tèt nghiÖp
1
đại học bách khoa hà nội
Chơng I :Tìm hiểu chung về công nghệ điều khiển
cửa tự động
I : Các loại cửa Tự động hiện nay
Hiện nay có nhiều loại cửa tự động : cửa kéo,cửa đẩy, cửa cuốn, cửa trợt
Nhng chúng thờng đợc sản xuất ở nớc ngoài bán tại việt nam với giá thành khá cao.
Vì thế chúng không đợc sử dụng rộng rãi. Nhu cầu cửa tự động ở Việt Nam là rất lớn
về số lợng và chủng loại.
1.1. Cửa cuốn: Hình 1.1. Cửa cuốn
Loại cửa này có u điểm là gọn nhẹ tiện dụng và dễ sử dụng, lại chỉ cần động
cơ công suất nhỏ. Loại cửa này thờng đợc dùng cho gara ô tô. Nó có tính kinh tế
khá cao vì không mấy khó khăn khi làm đợc loại cửa này.
Nhng có nhợc điểm là cửa không chắc chắn và dễ bị hỏng hơn các loại cửa khác
Đồ án tốt nghiệp
2
đại học bách khoa hà nội
1.2. Cửa kéo: Hình 1.2. Cửa kéo
Loại cửa này nhìn rất lạ, với kết cấu đơn giản một động cơ đợc gắn cố định với
trần nhà. Cửa đợc động cơ kéo bằng một đoạn dây. Ưu điểm của loại này là đơn giản
nhng hiệu quả, so với loại cửa cuốn thì cánh cửa chắc hơn nhiều. Có lẽ nhợc điểm
của loại cửa này là động cơ gắn với trần nhà vì vậy cần phải gắn đủ chắc để chịu đợc

Đồ án tốt nghiệp
4
đại học bách khoa hà nội
Theo trọng lợng cửa thì có các loại sau: loại 200 kg/hai cánh tại Cung văn hoá hữu
nghị Việt Xô,loại 180kg/2 cánh tại ngân hàng nông nghiệp và phát triển nông
thôn.Ngoài ra ngời ta còn chia ra làm hai loại theo số cánh cửa:Loại một cánh và loại
hai cánh.
+ Cửa tự động chỉ có 1 cánh: Loại cửa này chủ yếu đợc dùng trong 2 điều kiện nh
sau:
Một là, những nơi yêu cầu tính hiện đại, sang trọng nhng lại có số lợng ngời đi
qua lại không nhiều nh các khác sạn lớn, nhà nghỉ lớn, hay công sở mà không có
tính chất giao dịch
Hai là, những loại cổng có kích thớc lớn dùng ở các công ty, xí nghiệp hay những
ngôi nhà lớn
Ngoài ra còn có thể có loại cửa tự động mà chỉ có 1 cánh đóng mở tự động còn
lại 1 cánh là đóng mở nh loại bình thờng.
+ Cửa tự động có hai cánh: Loại cửa này đợc dùng rộng rãi hơn so với loại cửa tự
động 1 cánh.
Nơi có số lợng cửa tự động lớn nhất hiện nay tại Hà Nội đó là sân bay Nội bài. ở đây
loại cửa đợc sử dụng chủ yếu là loại cửa trớt hai cánh. Để tìm hiểu rõ hơn ta đi khảo
sát cửa tự động tại đây.


Khảo sát cửa tự động ở sân bay Nội Bài - Hà Nội
Đồ án tốt nghiệp
5
đại học bách khoa hà nội
Hình 1.4. Cửa tự động tại sân bay Nội Bài
Trớc cửa ra vào nơi bán vé và làm thủ tục bay của sân bay Nội Bài cả tầng 1 và
tầng 2 mỗi tầng có 14 hệ thống cửa tự động .Tất cả các cửa này đều có kết cấu cơ khí

- Trong hành trình mở cửa mở với hai cấp tốc độ cấp thứ nhất la mở nhanh với
vận tốc V1 để ngay lập tức mở ra kịp thời cho ngời đi tới. Đến gần cuối hành
trình cửa giảm xuống vận tốc V3 và dừng lại chính xác để tránh việc va đập
gây ồn và hỏng cửa
- Trong hành trình đóng cửa cũng đóng với hai cấp tốc độ, cấp thứ nhất là cửa
đóng nhanh với vận tốc V2 nhng phải đảm bảo V2 nhỏ hơn V1 để tránh gây
cảm giác ghê sợ cho ngời đang đi tới. Và gần cuối hành trình đóng cửa cũng
giảm xuống vận tốc V3 và dừng lại chính xác.

Đồ án tốt nghiệp
7
đại học bách khoa hà nội
Chơng II : Tìm hiểu về các phần tử, thiết bị dùng
trong cửa tự động
I.Các phơng pháp phát hiện vật thể
Vấn đề phát hiện vật thể là một trong những vấn đề cơ bản trong đề tài thiết
kế, điều khiển cửa tự động. Để phát hiện vật thể chúng ta có thể áp dụng rất nhiều
nguyên tắc vật lý khác nhau. Sau đây chúng ta sẽ lần lợt tìm hiểu về một sốphơng
pháp phát hiện vật thể điển hình.

1.1 Phơng pháp phát hiện vật thể ứng dụng công nghệ vi sóng
Phơng pháp phát hiện vật thể ứng dụng vi sóng đợc thực hiện thông qua các
cảm biến vi sóng. Cảm biến vi sóng là thiết bị điện tử sử dụng sóng cực ngắn để đo
di chuyển tốc độ, chiều chuyển động, khoảng cách, phát hiện vật thể .
Cảm biến vi sóng đợc chia thành năm loại:
- Cảm biến chuyển động phát hiện đối tợng chuyển động đi vào vùng bảo vệ.
- Cảm biến tốc độ đo tôc độ di chuyển của đối tợng.
- Cảm biến phát hiện hớng chuyển động của đối tợng (chạy tiến, chạy lùi).
- Cảm biến tiếp cận: phát hiện sự hiện diện của đối tợng.
- Cảm biến khoảng cách đo khoảng cách từ cảm biến đến đối tợng.

à
W đến mW cần đợc khuếch đại. Ngoài khuếch đại, so sánh có
thêm mạch relay đầu ra để phù hợp với ứng dụng.
Với những đặc tính trên cảm biến vi sóng rất hiệu quả trong việc phát hiện
những mục tiêu, những vật thể chuyển động có kích thớc nhỏ, ở khoảng cách xa.
Tuy nhiên với những vật thể không di động việc sử dụng vi sóng thờng không đem
lại hiệu quả nh mong muốn, chi phí cho phơng pháp này cũng khá tốn kém.
1.2 Phơng pháp phát hiện vật thể dựa trên hiệu ứng quang điện
Trong phơng pháp này việc phát hiện vật thể đợc thực hiện thông qua các cảm
biến quang điện. Cảm biến quang điện là các linh kiện quang điện, thay đổi trạng
thái điện khi có ánh sáng thích hợp tác động vào bề mặt của nó. Cảm biến quang
điện bao gồm một số loại sau.
1.2.1 Tế bào quang dẫn
Đặc trng cơ bản của tế bào quang dẫn là điện trở của nó phụ thuộc vào thông
lợng của bức xạ và phổ của bức xạ đó. Tế bào quang dẫn là một trong những cảm
Đồ án tốt nghiệp
9
đại học bách khoa hà nội
biến có độ nhạy cao. Cơ sở vật lý của tế bào quang dẫn là hiện tợng quang dẫn do
kết quả của hiệu ứng quang điện bên trong. Đó là hiện tợng giải phóng hạt tải điện
trong vật liệu bán dẫn dới tác dụng của ánh sáng.
1.2.2 Photodiode
Nguyên lý hoạt động của photodiot: Khi chiếu sáng lên bề mặt diode bán dẫn
bằng bức xạ có bớc sóng nhỏ hơn bớc sóng ngỡng

<
s

sẽ xuất hiện thêm các cặp
điện tử - lỗ trống. Để các hạt này có thể tham gia vào độ dẫn và làm tăng dòng điện

P
I
là dòng
quang điện khi có quang thông chiếu qua bề dày X. Dòng
r
I
đóng vai trò dòng bazơ,
nó gây nên dòng colectơ
C
I
=(

+1)
r
I
.

là hệ số khuếch đại dòng khi emitơ nối
chung. Có thể coi phototranzito nh tổ hợp của một photodiot và một tranzito.
photodiot cung cấp dòng quang điện tại bazơ, còn tranzito cho hiệu ứng khuếch đại

. Các điện tử và lỗ trống phát sinh trong vùng bazơ dới tác dụng của ánh sáng sẽ bị
phân chia dới tác dụng của điện trờng trên chuyển tiếp B-C.

Đồ án tốt nghiệp
10
đại học bách khoa hà nội
Trong kỹ thuật cảm biến quang điện thờng đợc sử dụng nh một khoá chuyển mạch
đóng cắt mạch điện khi có mặt hoặc không có mặt đối tợng cần phát hiện.
Tuy nhiên cảm biến quang điện chỉ đợc sử dụng để phát hiện vật thể trong

khai thác thông tin của tín hiệu phản xạ:
- Kỹ thuật phân tích phổ dùng máy phân tích phổ để đánh giá tính chất của bề
mặt chiếu sáng.
- Kỹ thuật phổ ảnh quan tâm đến đặc tính hoá học của từng miền ánh sáng
xuyên qua.
Hệ thống cảm nhận hình ảnh bao gồm: camera, nguốn sáng chiếu sáng đối t-
ợng, máy tính đợc tích hợp phần mềm thông minh và kết nối với các thành phần
khác của hệ thống.
Đối tợng quan sát đợc chiếu sáng và tụ tiêu vào camera và truyền đến máy
tính. Camera thu loại thông dụng cảm nhận tín hiệu ba màu cơ bản: R (Red- màu đỏ,
bớc sóng 700nm), G (Green- màu xanh lá cây, bớc sóng 546nm) và B (Blue- màu
xanh da trời, bớc sóng 436nm).
Một số camera sử dụng bộ lọc màu để phân tích các màu R, B, G rồi mới đa
vào máy tính xử lý. Tính ổn định của là đặc tính quan trọng của camera. Độ nhạy và
đáp ứng phổ của silicon thay đổi theo nhiệt độ nên vị trí đặt camera cần có điều hoà
nhiệt độ.
Nguồn sáng sử dụng là ánh sáng mặt trời, nếu trong môi trờng không có ánh
sáng mặt trời thì dùng đèn sợi đốt với diện tích hẹp và đèn huỳnh quang cho vùng
chiếu sáng rộng.
Máy tính sau khi nhận đợc tín hiệu hình ảnh từ camera sẽ phân tích và nhận
dạng hình ảnh bằng phần mềm. Ngày nay với sự phát triển của trí tuệ nhân tạo và
mạng nơron thì hệ thống nhận dạng hình ảnh càng chính xác, đáp ứng nhanh hơn.
Tuy nhiên phơng pháp phát hiện vật thể bằng nhận dạng hình ảnh không đợc sử
dụng nhiều trong thực tiễn do thiếu sự tin cậy, phức tạp và chi phí cao.
1.4 Cảm biến tiếp cận
Cảm biến tiếp cận đợc sử dụng để sự có mặt hoặc không có mặt của đối tợng
bằng kỹ thuật cảm biến không có tiếp xúc cơ học. Các cảm biến tiếp cạn sử dụng
nguyên lý thay đổi điện cảm hay thay đổi điện dung của phần tử mạch điện khi có
mặt hoặc không có mặt đối tợng, có cấu trúc tơng đối đơn giản, không đòi hỏi tiếp
xúc cơ học nhng tầm hoạt động hạn chế với khỏng cách tối đa 100 nm. Các kỹ thuật

cần phát hiện sẽ cắt chùm tia sáng làm cảm biến tác động. Ngời ta thờng bố trí cảm
biến quang học nh dới đây.
Đồ án tốt nghiệp
13
đại học bách khoa hà nội
a. Cảm biến đặt đối diện với nguồn phát
Đối tợng cần phát hiện sẽ cắt chùm tia. Ưu điểm của cách bố trí này là:
- Cự ly cảm nhận xa.
- Có khả năng thu đợc tín hiệu mạnh.
- Tỷ số tơng phản sáng/tối lớn nhất.
- Đối tợng phát hiện có thể lặp lại.
Hạn chế của cách bố trí này là:
- Đòi hỏi dây nối qua vùng phát hiện giữa nguồn sáng và cảm biến
- Khó chỉnh thẳng hàng giữa cảm biến và nguồn sáng.
- Nếu đối tợng có kích thớc nhỏ hơn đờng kính hiệu dụng của chùm tia cần có
thấu kính để thu hẹp chùm tia.
b. Cảm biến đặt cùng phía với nguồn phát sáng
Trong cánh bố tris này, ánh sáng đập vào mặt phản xạ trở về mặt cảm biến.Vì
hành trình của tia sáng theo cả hai chiều đi và về nên cự ly cảm nhận thấp hơn so với
phơng pháp đặt đối diện, nhng không cần dây nối qua khu vực cảm nhận. Hạn chế
chính của cách bố trí này là nguồn sáng khác chiếu vào mặt phản xạ có thể gây tác
động sai.
Đồ án tốt nghiệp
14
Cảm
biến
Đối
tợng
đại học bách khoa hà nội
c. Phát hiện đối tợng nhờ ánh sáng phản chiếu khuếch tán

Vật thể
Cảm
biến
Nguồn
sáng
Cảm
biến
Nguồn
sáng
Vật thể
đại học bách khoa hà nội
để phát hiện vật thể. Trong mạch phát hiện vật thể hoạt động trên nguyên lý thu phát
hồng ngoại ta bố trí các diode phát và sensor thu hồng ngoại thành từng cặp theo một
số cách sau:
a. Bố trí cạnh nhau:
Trong cách bố trí này tia hồng ngoại từ diode phát khi gặp bề mặt vật cản sẽ
phản xạ ngợc trở lại. Do sensor thu đợc đặt cạnh diode phát nên sẽ thu đợc tín hiệu
phản xạ này.
b. Bố trí đối diện :
ở cách bố trí này, khi không có vật chắn tia hồng ngoại từ diode phát luôn tới
đợc sensor thu, khi có vật chắn tia hồng ngoại sẽ không đi thẳng mà phản xạ trở lại
do đó không tới đợc sensor thu.
Ngoài ra hồng ngoại còn đợc sử dụng để truyền tin không dây do có khả năng
chống nhiễu tốt hơn ánh sáng thông thờng do đó có thể mang thông tin mã hóa.
Thiết bị thu phát hồng ngoại lại khá đơn giản, gọn nhẹ, giá thành rẻ. Với những u
điểm trên hồng ngoại đợc lựa chọn nh một giải pháp tối u trong việc thiết kế mạch
phát hiện vật thể cho cửa tự động.
II: giới thiệu về encorder
2.1. Khái niệm:
Nhiệm vụ của Encoder là đo lờng dịch chuyển thẳng hoặc góc đồng thời chuyển đổi

cũng có phân tố đợc phủ một lớp mà ánh sáng không thể xuyên qua đợc. Sự trong
suốt và không trong suốt đặc trng tính của các phân tố
Đồ án tốt nghiệp
17
đại học bách khoa hà nội

Hình 2.2. Đĩa quang
Nguyên lý hoạt động của Encoder tuyệt đối: Đĩa mã hóa đợc lắp trên trục, đối
diện qua đĩa mã hóa phía bên trái ta bố trí nguồn sáng( đèn LED), phía bên kia của
đĩa bố trí các photosensor, khuếch đại và các trigger Smiths. Tơng ứng với mỗi dải
băng ta lắp nguồn sáng. Nguồn sáng và các photosensor đợc lắp cố định. Khi ánh
sáng từ nguồn sáng chiếu tới đĩa mã hóa, nếu đối diện với tia sáng là diện tích phân
tố trong suốt, ánh sáng xuyên qua đĩa tới photosensor làm xuất hiện dòng chạy qua
photosensor. bị phủ lớp chắn sáng, ánh sáng không tới đợc photosensor và trong
photosensor không có dòng điện chạy qua. Dòng ra của photosensor nhỏ, vì vậy ta
đa ra bộ khuếch đại, khuếch đại đủ lớn để đa đến tầng tiếp theo. Do quá trình quay
đĩa mã hóa, cờng độ ánh sáng tăng từ nhỏ đến cực đại( tia sáng xuyên qua hoàn
toàn) và tiếp theo giảm dần đến khi tia sáng bị chặn bởi dòng trong photosensor
bằng không. Vì vậy để có xung ra là xung vuông ta cho tín hiệu qua mạch sửa
dạng xung trigger Smiths.
Gọi số góc trên đĩa là S và số dải là a, quan hệ giữa số góc và số giải biểu diễn
theo công thức là
S = 2
a
Trong đó a là số dơng tuyệt đối
2.2.2. Encoder gia số:
Encoder đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Encorder gia số có hai kiểu kiểu
thẳng và kiểu quay.
a. Encoder quay gồm có nguồn sáng( trong kết cấu này nguồn sáng là bóng đèn),
thấu kính, đĩa thớc cố định đĩa, đĩa phát xung, photosensor và mạch điện.

19
đại học bách khoa hà nội
- Ngắt nguồn điện sẽ làm mất gốc ), muốn đo đợc phải xác định lại
c. Encoder xung:

Hình 2.5: Encoder xung
Nguyên lý làm việc của Encoder xung

Sử dụng Encoder xung làm cảm biến vị trí:

Đồ án tốt nghiệp
20
đại học bách khoa hà nội
Sơ đồ ứng dụng Encoder xung giao tiếp với điều khiển:

Ưu điểm:
- Đầu ra dạng xung nên trong các hệ thống điều khiển không cần có bộ
chuyển đổi ADC
- Dễ sử dụng.
Nhợc điểm:
- Giá thành cao
- Phải có thêm mạch giải mã và đếm

Đồ án tốt nghiệp
21
đại học bách khoa hà nội
III: GIớI THIệU Về PLC Và ứNG DụNG PLC
2.1.Khái niệm chung:
PCL viết tắt của Programble Logic Control, là thiết bị lập trình đợc, cho phép
thực hiện linh hoạt các phép toán điều khiển thông qua một ngôn ngữ lập trình. Nó

từ thiết bị nhập đựa vào chơng trình logic để xử lý tín hiệu và mang thiết bị điều
khiển ra các thiết bị xuất.
PCL có đầy đủ các chức năng nh: Bộ đếm, bộ định thời, các thanh ghi, bộ cộng,
bộ trừ, bộ so sánh và các tập lệnh cho phép thực hiện các tín hiệu theo yêu cầu điều
khiển từ đơn giản đến phức tạp khác nhau. Hoạt động của PLC hoàn toàn phụ thuộc
vào chơng trình nằm trong bộ nhớ, nó luôn câp nhật tín hiệu ngõ vào xử lý tín hiệu
để điều khiển ngõ ra.
Hình thức giao diện cơ bản giữa PLC và các thiết bị nhập là: nút ấn, cầu
dao Ngoài ra PLC còn nhận đợc tín hiệu từ các thiết bị nhận dạng tự động nh: Công
tắc trạng thái, cảm biến quang điện Các loại tín hiệu nhập đến PLC phải là trạng
thái Logic ON/OFF hoặc tín hiệu Analog. Những tín hiệu ngõ vào này đợc giao tiếp
với PCL qua các Modul nhập.
Trong một hệ thống tự động hóa , thiết bị xuất cũng là một yếu tố rất quan trọng.
Nếu ngõ ra của PLC không đợc kết nối với thiết bị xuất thì hầu nh hệ thống sẽ bị tê
liệt hoàn toàn. Các thiết bị xuất thông thờng là: Động cơ, cuộn dây nam châm , relay,
còi báo Thông qua hoạt động của motor, các cuộn dây, PLC có thể điều khiển một
hệ thống từ đơn giản đến phức tạp.
Tuy nhiên các thiết bị xuất khác nh là: Đèn, còi và các báo động sự cố chỉ cho
biết các mục đích nh: Báo cho chúng ta biết giao diện tín hiệu ngõ vào , các thiết bị
ngõ ra đựoc giao tiếp với PLC qua miền rộng của Modul ngõ ra PLC.
Ngày nay PLC đợc đa vào hệ thống điều khiển một cách rộng rãi và trở nên thông
dụng để đáp ứng nhu cầu ngày càng đa dạng . Các nhà sản xuất đa ra thị trờng hàng
loạt các loại PLC khác nhau với nhiều mức độ thực hiện chơng trình đủ để đáp ứng
nhu cầu của ngời sử dụng. Vì vậy để đánh giá một PLC ngời ta đa vào hai tiêu chuẩn
nh sau:
- Dung lợng bộ nhớ
- Số tiếp điểm vào/ra của PLC
Bên cạnh đó cũng cần chú ý đến các chức năng nh: Bộ vi xử lý, chu kì xung clock,
ngôn ngữ lập trình, khả năng mở rộng số ngõ vào/ra
2.4. Cấu trúc cơ bản:

- Tơng tự
2.4.4. Out put
- Số lợng
- Tiếp điểm
- Số
- Tơng tự
2.4.5.Ghép nối
- Console
- Máy tính
- Phần mềm
2.4.6.Bus:
- Bus địa chỉ
- Bus dữ liệu
- Bus hệ thống
- Bus điều khiển
Đồ án tốt nghiệp
25