Cấu trúc bộ phát ánh sáng hồng ngoại và thu nhận tín hiệu hồng ngoại phản xạ

2. Cấu Trúc Bộ Phát Ánh Sáng Hồng Ngoại và Thu Nhận Tín Hiệu Hồng Ngoại Phản Xạ : Photo-Diode PD IRR LED Bán Lăng Kính / Phân tia Thấu Kính Lồi Thấu Kính Lồi Hình 5.2 Cấu trúc bộ thu phát Hồng Ngoại Diode phát và Diode thu được bỏ trong một ống Gen đen có đường kính trong 6 mm. Ống này có tác dụng làm cho ánh sáng Hồng Ngoại không bị mất ra ngoài; đồng thời tránh nhiễu do ánh sáng Hồng Ngoại của môi trường. Ở mỗi đầu ống gắn một thấu kính hội tụ dạng lồi có tác dụng hội tụ ánh sáng Hồng Ngoại tại một điểm. Điều này làm giảm kích thước (độ dày ) của vạch mã. Vì vậy, tùy thuộc vào thấu kính tốt hay xấu mà độ dày vạch mã sẽ có thể nhỏ đến mức nào. Ở đây do giới hạn thời gian và linh kiện sử dụng nên tôi chỉ có thể giảm tối đa độ dày vạch mã là 1mm. Tuy nhiên, khi kéo thẻ với tốc độ cao thì vạch mã phải dày 2 mm mới đáp ứng được sự thay đổi : Đen Trắng. Những tia sáng phản xạ khi gặp vạch Trắng trên thẻ lại phản xạ toàn phần khi gặp bán lăng kính. Tại đây, tia phản xạ đến từ thẻ sẽ bị phản xạ vào ngay Diode Thu (Diode cảm quang). Diode này sẽ nhận ánh sáng phản xạ đó và biến đổi nó thành dạng dòng ngược. Ta hoàn toàn có thể xử lý tín hiệu dạng dòng điện này nhờ có mạch gia công tín hiệu được trình bày chi tiết ở phần sau . Thấu kính trước Diode Thu có tác dụng làm tăng độ tụ cho ánh sáng Hồng Ngoại phản xạ về. Việc làm tăng độ tụ ánh sáng cũng đồng nghĩa với việc làm tăng cường độ sáng tại tiêu điểm của thấu kính. Vì vậy làm tăng dòng ngược qua Diode Thu khi có ánh sáng Hồng Ngoại chiếu tới. Kết quả là làm tăng độ nhạy cho bộ Thu Phát Hồng Ngoại trên . 3. Mạch Thu Nhận và Gia Công Tín Hiệu : Hình 5.3 Sơ đồ nguyên lý Mạch thu nhận và gia công tín hiệu Tín hiệu quang được thu bởi LED THU. Khi cường độ sáng thay đổi sẽ làm dòng ngược chạy qua Diode đổi theo, dẫn đến áp trên điện trở 1M cũng sẽ thay đổi. Biến trở R2 có tác dụng tạo áp chuẩn để khi áp vào trên cực 2 của OP-AMP thay đổi nó sẽ lật áp và tạo mức áp ra thay đổi quanh 2 mức ± 12V . Ánh sáng Hồng Ngoại sẽ phản xạ khi bề mặt được chiếu có màu sáng và ngược lại sẽ không phản xạ khi bề mặt vật được chiếu có màu đen tuyền. Vì thế, ta quy định vạch màu sáng là mức Logic 1, vạch màu đen là mức Logic 0. Khi không nhận được ánh sáng Hồng Ngoại phản xạ thì áp ra tại chân 1 của OP-AMP sẽ là + 12V . Với mức áp này sẽ làm Transistor C1815 dẫn hoàn toàn (bão hòa sâu) và vì thế mức áp đưa tới Vi Điều Khiển là 0V, ứng với mức Logic 0 theo chuẩn TTL : 0V ¸ 0,8V. Ngược lại khi có ánh sáng Hồng Ngoại phản xạ làm dòng ngược qua Diode Thu tăng, dẫn đến việc tăng áp trên ngã vào chân 2 của OP-AMP, làm cho áp ra chuyển mức – 12V . Khi đó Transistor không được kích. Và vì vậy, mức áp tới Vi Điều Khiển là mức 5V, ứng với mức Logic 1 theo chuẩn TTL : 4V¸5V Các Diode Zener 15V và các tụ 100 mF có tác dụng lọc nguồn, lọc nhiễu áp cung cấp cho sự hoạt động của OP-AMP. 4. Mạch Thu Nhận – Xử Lý Tín Hiệu và Giao Tiếp Máy Tính : Hình 5.4 Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý tín hiệu và giao tiếp Máy Tính Vi Điều Khiển được lập trình để kiểm tra liên tục chân 8 (P1.7) . Khi người ta đặt thẻ vào thì chân này sẽ lên 1 và bắt đầu chu trình kiểm tra đầu cuối thẻ và đọc mã của thẻ về cất trong thanh ghi A, chuẩn bị phát về Máy Tính để xử lý và chấm công. Nếu đúng chiều thẻ như đã qui định thì truyền ID về Máy Tính và ngược lại nếu ngược chiều thì sẽ thông báo “Err” lên LED 7 đoạn được gắn trực tiếp có trở đệm dòng vào Port 0. Ngoài nhiệm vụ chính trên, Vi Điều Khiển còn làm nhiệm vụ thu nhận tín hiệu kiểm tra đường truyền do Máy Tính phát ra và trả lời mỗi khi nhận được. Việc này được thực hiện thông qua chương trình Ngắt nối tiếp được lập trình sẳn trên Vi Điều Khiển, chi tiết xin được trình bày ở phần sau. Các Port 0 và Port 2 có những đế cắm Data 8 bits được gắn thêm để tiện việc mở rộng về sau như kết nối với thiết bị hiển thị : LED 7 đoạn, LCD, v.v... hay loa báo khi đặt ngược thẻ vào khe như trên . Chip AT89C51 sử dụng Thạch Anh 11.0592 MHz rất thích hợp cho việc truyền thông nối tiếp bất đồng bộ với Máy Tính. Hoạt động Reset được thực hiện tự động mỗi khi bật nguồn và có thể thực hiện bằng tay khi ấn nút RSBUTTON được thấy trên sơ đồ . 5. Bộ Nguồn Đối Xứng và Nguồn Đơn : Hình 5.5 Sơ đồ nguyên lý bộ nắn và lọc nguồn cung cấp cho các mạch trên Điện áp 12VAC đôi với chân Mass chính giữa, được lọc nhiễu bởi 2 tụ 104; và được nắn 2 nửa bán kỳ bởi cầu Diode. Sau đó , ta lọc phẳng bằng tụ lọc có điện dung lớn : độ gợn sóng của áp sau khi lọc tỷ lệ nghịch với điện dung tụ lọc. Tuy nhiên, ta không thể dùng tụ lọc quá lớn vì như thế thì kích thước tụ cũng tăng theo làm cho kích thước Board tăng : không kinh tế và thẩm mỹ. Với tụ lọc khoảng vài ngàn mF là vừa đủ đối với Board này. Vì mạch cần thiết sử dụng nhiều mức áp khác nhau : ± 15V và + 5V đơn nên ta phải dùng IC ổn áp 78X05 để lấy áp ra + 5V cung cấp cho các vi mạch số. Các tụ 104 phía sau IC 78X05 có nhiệm vụ lọc phẳng và chống nhiễu. D7 là LED pilot thể hiện trạng thái hoạt động của Board : LED sáng khi Board hoạt động . Trên là toàn bộ phần cứng của Luận Văn Tốt Nghiệp này và những lý giải cơ bản cơ chế hoạt động và nhiệm vụ của từng linh kiện được dùng. Sơ đồ nguyên lý phần cứng tổng hợp đã được đính kèm theo Luận Văn ở trên . II. SƠ LƯỢC HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH : Bình thường khi không có thể vào khe, khe tối đen nên không có sự chênh áp xảy ra. Vì vậy OP-AMP có ngõ ra là +12V kích transistor qua điện trở 2,2KW làm con này vẫn bảo hoà tạo nên mức áp ( 0V ) trên chân P1.7 ( chân số 8) của chip Vi Điều Khiển AT89C51: Hình 5.7 Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển áp ± 12V chuẩn TTL Khi thẻ vào khe và được kéo đến vạch trắng ( vạch trắng đầu tiên được sử dụng để nhận biết sự có mặt của thẻ) thì áp vào OP-AMP thay đổi so với áp chuẩn đặt trên chân 3 nên ngõ ra OP-AMP lật áp từ +12V xuống –12V làm cho transistor ngưng dẫn; do đó, mức áp Logic vào chân P1.7 là +5V ( mức Logic 1) . Ngay lúc đó, khi P1.7 thay đổi trạng thái từ 0 lên 1, chip AT89C51 bắt đầu chu trình nhận và đọc mã vạch từ sự thay đổi mức áp ứng với loại vạch trắng và đen. Ngay lập tức, chip khởi động Timer 0 của mình và đợi đến khi mức Logic trên chân P1.7 trở về 0 lần nữa thì sẽ ngưng Timer 0 và lưu lại thời gian vừa qua. Đó là thời gian quy định một vạch được kéo qua LED hồng ngoại. Như vậy, thời gian này sẽ thay đổi tùy theo tốc độ kéo của thẻ chứa vạch mã qua khe. Với cấu trúc mã vạch như trên, khi phát thời gian delay một vạch thì sẽ đọc mức Logic ở chân P1.7 vào tuần tự các bit của thanh ghi A. Ngoài nhiệm vụ chính như trên, chip AT89C51 còn được lập trình để nhận biết lỗi khi ta kéo thẻ không đúng chiều quy định nhờ vào mã vạch kế tiếp trắng hay đen : đen là đúng và trắng là sai ( ngược chiều ). Từng vạch trắng và đen trên thẻ được chuyển thành mức Logic tương ứng 1 hoặc 0 trên chân P1.7 được đọc vào đầy đủ ( 8bit ) thì Chip sẽ truyền Byte mã đó về Máy Tính thông qua cổng COM với chuẩn giao tiếp RS-232. Trên Máy Tính có sẳn danh sách và mã của nhân viên cần quản lý. Các nhân viên này được cấp thẻ tương ứng với ID được quản lý của mình. Ngay khi nhận Byte mã từ chip Vi Điều Khiển AT89C51, Máy Tính sẽ lấy giờ hệ thống của mình để tính thời điểm Ra/Vào của nhân viên tương ứng có ID trùng khớp với Byte mã nhận được. Nếu nhận phải byte mã không được quản lý thì chương trình sẽ thông báo lỗi. Thời điểm Vào/Ra của mỗi nhân viên sẽ được lưu lại vào Máy Tính và có thể xem bất cứ lúc nào bằng cách Click vào tên của nhân viên đó. Hoạt động của chương trình trên Máy Tính : + Click vào biểu tượng (Icon) của chương trình trên Máy Tính, nghĩa là ta đã kích hoạt chương trình, thì ngay lập tức Form giới thiệu về đề tài sẽ hiện ra. Form này chứa tên Đề Tài Luận Văn Tốt Nghiệp, ngày và giờ hệ thống của Máy Tính, thông tin về Giáo Viên hướng dẫn và Sinh Viên thực hiện, và còn có biểu tượng Bách Khoa. Click vào Button giữa Form để khởi động chương trình chính. Đó là chương trình Quản Lý, Theo Dõi và Chấm Công nhân viên. + Form chính là phần phần cốt lõi của chương trình, là nơi thu nhận byte mã từ Vi Điều Khiển truyền về và thực hiện việc chấm công, quản lý nhân viên. Ta có thể tạo kết nối, kiểm tra đường truyền và thông báo lỗi khi đường truyền có sự cố : không kết nối được , mất liên lạc giữa chừng trong khi đang hoạt động. Nếu muốn tạo thêm nhiều nhân viên trong danh sách quản lý nằm bên trái Form, ta sử dụng nút lệnh “Tạo Mới”. Tương tự, ta có thể xóa hoặc sửa chữa thông tin của những nhân viên đang được quản lý. Nếu danh sách quá dài hơn những gì có thể hiển thị trên Form, ta có thể sử dụng nút lệnh ”Tìm Kiếm” để tìm và xem thông tin chi tiết về nhân viên đó thông qua việc nhập ID của nhân viên cần tìm khi chương trình yêu cầu.