Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong kiến trúc xây dựng hiện đại, hệ thống cửa là hạng mục kết cấu cơ bản của mọi công trình. Các dòng cửa đóng mở truyền thống phụ thuộc hoàn toàn vào lực tác động cơ học trực tiếp từ con người, bộc lộ nhiều hạn chế trong quá trình sử dụng thực tế: gây tốn thời gian, bất tiện khi người dùng đang mang vác vật dụng, và làm cản trở lưu thông tại các khu vực tập trung đông người. Đồng thời, tại các không gian công cộng và công sở sử dụng hệ thống điều hòa không khí, việc cửa thông thường không thể tự động khép kín khi vắng người dẫn đến thất thoát nhiệt năng và lãng phí điện năng lớn.

Xuất phát từ thực tiễn trên, tác giả Hoàng Văn Sơn thực hiện đồ án tốt nghiệp với định hướng nghiên cứu và thiết kế mô hình hệ thống cửa tự động thông minh. Mục tiêu của đề tài là xây dựng mô hình thực nghiệm nhằm mô tả trực quan cấu tạo, nguyên lý vận hành cơ khí và mạch điều khiển điện tử, từ đó lường trước các vấn đề kỹ thuật khi triển khai ở quy mô thực tế.

Nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể được xác định trong văn bản gồm các nội dung:

  1. Khảo sát thực tế các loại cửa tự động đang lưu hành và khảo sát thực địa hệ thống cửa tự động tại Siêu thị Big C Hải Phòng.
  2. Xác định các yêu cầu kỹ thuật tổng thể về mặt cơ khí, mạch điện và chương trình điều khiển thông minh cho mô hình.
  3. Nghiên cứu, lựa chọn và phân tích thông số kỹ thuật của các linh kiện: vi điều khiển trung tâm họ 8051 (AT89C51), bộ biến đổi tương tự - số ADC0804, cảm biến phát hiện vật cản hồng ngoại, mạch so sánh LM358P, mạch lái động cơ công suất L298 và IC ổn áp 7805.
  4. Thiết kế sơ đồ khối phần cứng và xây dựng thuật toán điều khiển hoạt động đóng/mở tự động theo thời gian thực.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Cơ cấu cơ khí cửa trượt và hệ thống mạch điều khiển tự động hóa tích hợp cảm biến nhận diện vật thể.
  • Phạm vi không gian: Khảo sát thực tế tại Siêu thị Big C Hải Phòng; thực hiện tại Khoa Điện - Tự động hóa, Trường Đại học Dân lập Hải Phòng.
  • Phạm vi thời gian: Đồ án hoàn thành vào năm 2016.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng dựa trên nền tảng kỹ thuật điều khiển tự động, điện tử công suất và vi xử lý:

  • Khung lý thuyết phần cứng vi điều khiển: Kiến trúc phần cứng vi điều khiển 8-bit AT89C51 (họ MCS-51), cấu trúc bộ nhớ RAM nội (128 byte), vùng nhớ thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR), thanh ghi trạng thái chương trình (PSW), con trỏ ngăn xếp (SP), con trỏ dữ liệu (DPTR), và cơ chế quản lý năng lượng qua thanh ghi PCON.
  • Lý thuyết định thời và ngắt: Hoạt động của hai bộ đếm/định thời 16-bit Timer 0 và Timer 1; phương pháp cấu hình chế độ vận hành qua thanh ghi định chế độ TMOD và thanh ghi điều khiển TCON theo 4 chế độ (Mode 0, Mode 1, Mode 2, Mode 3).
  • Lý thuyết cảm biến quang điện và so sánh điện áp: Bản chất sóng điện từ của tia hồng ngoại (bước sóng $\lambda > 760\text{ nm}$); nguyên lý sụt giảm nội trở của quang trở/diode thu hồng ngoại khi nhận bức xạ; mạch phân áp và khuếch đại thuật toán so sánh điện áp sử dụng IC LM358P.
  • Lý thuyết giao tiếp tương tự - số: Nguyên lý lấy mẫu và lượng tử hóa tín hiệu analog bằng bộ chuyển đổi ADC0804 qua các chân điều khiển logic $\overline{\text{CS}}$, $\overline{\text{WR}}$, $\overline{\text{RD}}$ và chân báo ngắt $\overline{\text{INTR}}$.
  • Lý thuyết điều khiển động cơ DC: Nguyên lý cấp nguồn qua bộ chỉnh lưu cầu kết hợp mạch cầu H (IC L298) để thực hiện đảo chiều quay và điều chỉnh tốc độ chuyển động của cánh cửa.

Phương pháp nghiên cứu được tác giả triển khai bao gồm:

  • Phương pháp khảo sát thực nghiệm hiện trường: Trực tiếp theo dõi, ghi nhận chu trình đóng mở, bố trí cảm biến, cấp tốc độ và cơ chế bảo vệ hành trình của hệ thống cửa trượt tại Siêu thị Big C Hải Phòng.
  • Phương pháp phân tích - tổng hợp kỹ thuật: Phân tích tập lệnh hợp ngữ (Assembly) của họ MCS-51 (nhóm lệnh số học, logic, rẽ nhánh, dịch chuyển dữ liệu và xử lý bit Boolean) để tối ưu hóa thuật toán điều khiển.
  • Phương pháp thiết kế mô hình hóa hệ thống: Phân chia hệ thống thành các khối chức năng độc lập (khối nguồn, khối cảm biến thu phát hồng ngoại, khối xử lý trung tâm, khối tạo dao động và khối chấp hành động lực).

Nguồn dữ liệu của đồ án bao gồm số liệu đo đạc, quan sát thực tế tại siêu thị Big C Hải Phòng cùng các bảng thông số kỹ thuật tiêu chuẩn từ nhà sản xuất linh kiện bán dẫn (Atmel, STMicroelectronics, National Semiconductor).

Thiết kế và triển khai

Hệ thống điều khiển đóng mở cửa tự động được thiết kế dưới dạng mô hình trượt hai cánh tịnh tiến, kết hợp giữa kết cấu cơ khí chính xác và mạch điều khiển điện tử vi xử lý.

Khối chức năng Linh kiện / Thiết bị chính Thông số kỹ thuật / Đặc tính trong văn bản
Xử lý trung tâm Vi điều khiển AT89C51 Kiến trúc 8-bit, tần số dao động thạch anh 11.0592 MHz hoặc 12 MHz (tối đa 24 MHz); 128 byte RAM nội, 4 cổng I/O 8-bit (P0 - P3).
Thu - phát tín hiệu Diode phát IR & Sensor thu IR Bước sóng hồng ngoại $> 760\text{ nm}$; nội trở mắt thu thay đổi từ hàng trăm $\text{k}\Omega$ (khi tối) xuống vài chục $\Omega$ (khi có tia chiếu).
Mạch so sánh tín hiệu IC LM358P Khuếch đại thuật toán so sánh điện áp giữa anot cảm biến và cầu phân áp (biến trở $5\text{k}\Omega$ hoặc $10\text{k}\Omega$, điện trở $R_3 = 330\Omega$ với nguồn 5V).
Biến đổi tương tự - số IC ADC0804 Thời gian chuyển đổi $< 100\mu\text{s}$, tích hợp bộ dao động nội, không đòi hỏi mạch giao tiếp phụ trợ phức tạp với vi xử lý.
Lái động cơ công suất IC L298 Mạch tích hợp cầu H kép, điện áp hoạt động tối đa lên đến 46V, tổng dòng điện chịu đựng định mức đạt tới 4A.
Nguồn và ổn áp IC LM7805 Điện áp ngõ ra cố định +5VDC, cấp nguồn ổn định cho vi điều khiển và khối mạch logic cảm biến; bảo vệ chống biến thiên áp nguồn.
Cơ cấu chấp hành Động cơ điện một chiều (DC) Cấp nguồn qua bộ chỉnh lưu cầu kết hợp mạch đảo chiều quay; truyền động qua xích, bánh răng và rãnh trượt tịnh tiến.

Cấu trúc phối ghép phần cứng diễn ra theo chu trình kín: Khối phát hồng ngoại liên tục phát sóng quang học; khi có người hoặc vật thể tiếp cận, tia hồng ngoại phản xạ ngược về sensor thu làm thay đổi nội trở, tạo ra mức biến thiên điện áp đưa vào ngõ so sánh của LM358P hoặc chuyển đổi qua ADC0804 để đưa tín hiệu số về cổng P1/P3 của AT89C51. Vi điều khiển xử lý logic và xuất lệnh điều khiển qua IC L298 để cấp nguồn quay thuận (mở cửa) hoặc quay nghịch (đóng cửa) cho động cơ DC.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu chung về cửa đóng mở tự động

Chương này tổng quan về vai trò của cửa tự động trong các công trình hiện đại và phân loại các hệ thống cửa tự động phổ biến:

  • Cửa kéo: Động cơ gắn trên trần kéo cánh cửa thông qua dây kéo; kết cấu đơn giản nhưng đòi hỏi giá đỡ trần phải chịu lực lớn, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn nên ít được sử dụng.
  • Cửa cuốn: Cánh cửa cuộn tròn quanh trục khi nhận tín hiệu điều khiển; ưu điểm gọn nhẹ, tiết kiệm không gian, chỉ cần động cơ công suất nhỏ, chi phí chế tạo thấp, thường dùng cho gara ô tô nhưng độ chắc chắn không cao.
  • Cửa trượt: Cánh cửa chuyển động tịnh tiến (rãnh thẳng) hoặc xoay tròn (rãnh cong); vận hành nhẹ nhàng, tạo độ thông thoáng, tính thẩm mỹ cao, phù hợp lắp đặt tại sân bay, nhà ga, khách sạn, siêu thị.
  • Phân loại tải trọng và kết cấu: Phân chia theo tải trọng ($180\text{ kg}$/2 cánh, $200\text{ kg}$/2 cánh) và số lượng cánh (cửa 1 cánh hoặc cửa 2 cánh).

Chương 1 trình bày chi tiết kết quả khảo sát thực tế hệ thống cửa tự động tại Siêu thị Big C Hải Phòng:

  • Kết cấu hệ thống gồm cửa trượt 2 cánh, khối lượng mỗi cánh khoảng $80\text{ kg}$.
  • Cơ cấu trượt sử dụng hai gờ sắt cố định xuống mặt sàn thay vì con lăn phụ; cuối hành trình mở bố trí công tắc hành trình để chống va đập và bảo vệ giới hạn chuyển động.
  • Quy luật vận hành phân cấp 2 tốc độ: Khi mở, cửa tăng tốc nhanh nhằm giảm thời gian chờ đợi của người đi vào, sau đó giảm tốc khi gần hết hành trình và dừng lại chính xác; khi đóng, cửa chuyển động với vận tốc chậm hơn để đảm bảo an toàn. Nếu trong quá trình đóng xuất hiện người đi vào, hệ thống lập tức đảo chiều mở ra với vận tốc nhanh.
  • Hệ thống nhận diện sử dụng 2 cảm biến quang gắn trên khung cửa (một cảm biến bên trong, một cảm biến bên ngoài). Mạch điều khiển tại đây là dạng mạch logic phi tiếp điểm.

Chương 2: Các yêu cầu và mục đích chế tạo mô hình cửa đóng mở tự động

Chương 2 xác lập các tiêu chí kỹ thuật và mục tiêu triển khai mô hình:

  • Yêu cầu chương trình: Cửa phải tự động nhận biết người để mở ra và đóng lại khi hết người; quy trình điều khiển thông minh, phản hồi tức thời bằng cách tự động mở lại ngay lập tức nếu phát hiện tín hiệu vật cản trong quá trình đang đóng; mã điều khiển được tối ưu hóa trên nền tảng vi điều khiển.
  • Yêu cầu cơ khí: Mô hình mô phỏng chính xác cấu tạo cửa thật, bảo đảm tính gọn gàng, chắc chắn; bao gồm khung cửa, cánh cửa, thanh rãnh trượt, bộ truyền xích, bánh răng, trục quay và động cơ điện một chiều nhận nguồn từ bộ chỉnh lưu cầu kết hợp mạch đảo chiều.
  • Mục đích chế tạo: Tạo môi trường thực nghiệm giúp sinh viên củng cố kiến thức đa ngành, trực tiếp chế tạo và kiểm chứng nguyên lý vận hành tự động hóa phục vụ chế tạo thực tế.

Chương 3: Giới thiệu các thiết bị, linh kiện thiết kế

Chương này tập trung mô tả chi tiết thông số, sơ đồ chân và nguyên lý hoạt động của các linh kiện:

  • Vi điều khiển AT89C51: Khảo sát chức năng 40 chân IC, bao gồm chân cho phép chốt địa chỉ $\text{ALE}$ (chân 30, tần số ngõ ra bằng 1/6 tần số dao động chip), chân truy xuất bộ nhớ ngoài $\overline{\text{EA}}$ (chân 31), chân cho phép bộ nhớ chương trình $\overline{\text{PSEN}}$ (chân 29), chân xóa chính $\text{RST}$ (chân 9), và 4 cổng xuất nhập P0 (chân 32-39), P1 (chân 1-8), P2 (chân 21-28), P3 (chân 10-17) tích hợp các chức năng phụ như $\text{RxD}$, $\text{TxD}$, $\overline{\text{INT0}}$, $\overline{\text{INT1}}$, $\text{T0}$, $\text{T1}$, $\overline{\text{WR}}$, $\overline{\text{RD}}$.
  • Không gian nhớ RAM: Cấu trúc RAM nội 128 byte ($00\text{H} - \text{FFH}$), chia thành 4 bank thanh ghi ($00\text{H} - 1\text{FH}$, mỗi bank chứa từ $\text{R0} - \text{R7}$), vùng RAM định vị bit ($20\text{H} - 2\text{FH}$ chứa 128 bit định chỉ địa chỉ độc lập từ $00\text{H} - 7\text{FH}$), vùng RAM đa dụng ($30\text{H} - 7\text{FH}$ gồm 80 byte) và khối thanh ghi chức năng đặc biệt ($\text{ACC}$ tại $\text{E0H}$, thanh ghi $\text{B}$ tại $\text{F0H}$, $\text{PSW}$ tại $\text{D0H}$, con trỏ $\text{SP}$ tại $81\text{H}$, $\text{DPTR}$ gồm $\text{DPH}/\text{DPL}$, thanh ghi nguồn $\text{PCON}$ tại $87\text{H}$).

Bảng trạng thái từ trạng thái chương trình (PSW) tại địa chỉ $\text{D0H}$ được trình bày như sau:

Bit Ký hiệu Địa chỉ Chức năng chi tiết trong văn bản
PSW.7 CY D7H Cờ nhớ (Carry Flag), set lên 1 khi phép cộng có nhớ hoặc phép trừ có mượn.
PSW.6 AC D6H Cờ nhớ phụ (Auxiliary Carry), set lên 1 khi cộng BCD có nhớ từ 4 bit thấp.
PSW.5 F0 D5H Cờ đa năng dành cho người sử dụng lập trình.
PSW.4 RS1 D4H Bit chọn dãy thanh ghi 1 (Register Bank Select 1).
PSW.3 RS0 D3H Bit chọn dãy thanh ghi 0 (Register Bank Select 0): kết hợp chọn Bank 0 ($00\text{H}-07\text{H}$), Bank 1 ($08\text{H}-0\text{FH}$), Bank 2 ($10\text{H}-17\text{H}$), Bank 3 ($18\text{H}-1\text{FH}$).
PSW.2 OV D2H Cờ tràn (Overflow Flag), set lên 1 khi thực hiện phép toán số có dấu bị tràn.
PSW.1 - D1H Bit chưa định nghĩa / dự phòng.
PSW.0 P D0H Cờ kiểm tra chẵn lẻ (Parity Flag), phản ánh tính chẵn lẻ của thanh ghi tích lũy A.
  • Tập lệnh vi điều khiển AT89C51: Khảo sát đầy đủ cấu trúc lệnh hợp ngữ gồm lệnh số học (ADD, ADDC, SUBB, INC, DEC, MUL AB, DIV AB), lệnh logic (ANL, ORL, XRL, CLR, CPL, RL, RLC, RR, RRC, SWAP), lệnh rẽ nhánh (JC, JNC, JB, JNB, JBC, ACALL, LCALL, RET, RETI, AJMP, LJMP, SJMP, JMP, JZ, JNZ, CJNE, DJNZ), lệnh dịch chuyển dữ liệu (MOV, MOVX, PUSH, POP, XCH, XCHD) và các lệnh xử lý biến Boolean.
  • Bộ định thời Timer 0 và Timer 1: Phân tích thanh ghi chọn chế độ TMOD và thanh ghi điều khiển TCON. Bốn chế độ làm việc gồm Mode 0 (đếm 13-bit kiểu 8048), Mode 1 (đếm 16-bit từ $0$ đến $65535$), Mode 2 (đếm 8-bit tự động nạp lại giá trị từ THx sang TLx), và Mode 3 (chế độ tách riêng biệt Timer 0 thành hai bộ đếm 8-bit độc lập TL0, TH0, trong khi Timer 1 bị dừng hoặc dùng tạo tốc độ Baud cho cổng nối tiếp).
  • Linh kiện phối ghép: Phân tích nguyên lý ổn áp 5V của IC 7805 (chân 1: IN, chân 2: GND, chân 3: OUT); IC biến đổi ADC0804; IC công suất cầu H L298; cấu tạo mạch cảm biến hồng ngoại dùng LM358P và 2 phương án bố trí sensor (bố trí cạnh nhau thu tín hiệu phản xạ hoặc bố trí đối diện thu tín hiệu ngắt chùm tia).

Chương 4: Thiết kế tổng quát phần cứng

Chương 4 thiết lập sơ đồ nguyên lý tổng thể và phân tách chức năng của các khối mạch phần cứng:

  • Khối thu phát hồng ngoại: Đảm nhiệm chức năng phát hiện người/vật thể di chuyển đến gần cửa, chuyển đổi quang - điện thành mức logic ổn định.
  • Khối điều khiển trung tâm: Sử dụng vi điều khiển AT89C51 tiếp nhận tín hiệu từ các cảm biến, thực hiện thuật toán quét trạng thái để đưa ra tín hiệu kích hoạt động cơ.
  • Khối tạo xung dao động: Mạch thạch anh kết hợp tụ gốm kết nối trực tiếp với chân 18 và 19 của vi điều khiển nhằm cung cấp xung nhịp đồng bộ hệ thống.
  • Khối chấp hành và điều khiển động cơ: Tiếp nhận tín hiệu từ vi điều khiển để điều khiển đóng/ngắt các van bán dẫn cầu H trong L298, cung cấp năng lượng đảo chiều quay cho động cơ DC kéo cánh cửa.

Chương 5: Thiết kế chương trình

Chương 5 trình bày lưu đồ thuật toán và mã chương trình điều khiển:

  • Khởi tạo hệ thống, thiết lập trạng thái ban đầu cho các cổng I/O và xóa các cờ nhớ.
  • Liên tục quét tín hiệu ngõ vào từ cảm biến hồng ngoại đặt ở hai phía cánh cửa.
  • Khi nhận tín hiệu có người: Kích hoạt động cơ quay thuận để mở cửa, theo dõi tín hiệu công tắc hành trình mở để dừng động cơ đúng vị trí.
  • Duy trì trạng thái mở trong một khoảng thời gian định trước (sử dụng bộ định thời Timer).
  • Kích hoạt động cơ quay ngược để đóng cửa; liên tục kiểm tra tín hiệu cảm biến trong suốt hành trình đóng để sẵn sàng đảo chiều mở cửa tức thời nếu phát hiện vật cản.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đạt được các kết quả kỹ thuật cụ thể:

  • Thu thập và hệ thống hóa toàn diện các số liệu thực tế về thông số kỹ thuật, quy luật điều khiển phân cấp vận tốc và bố trí an toàn của hệ thống cửa tự động trượt 2 cánh tại Siêu thị Big C Hải Phòng (khối lượng cánh $80\text{ kg}$, sử dụng 2 cảm biến quang và công tắc hành trình).
  • Thiết kế hoàn chỉnh sơ đồ nguyên lý phần cứng với đầy đủ các khối chức năng tương thích: vi điều khiển AT89C51, mạch lọc và ổn áp 5V qua IC 7805, mạch so sánh tín hiệu cảm biến LM358P, mạch lái động cơ cầu H L298 công suất lên tới 4A/46V, và bộ chuyển đổi ADC0804 với tốc độ lấy mẫu $< 100\mu\text{s}$.
  • Xây dựng thuật toán điều khiển đóng mở logic, đáp ứng đầy đủ yêu cầu vận hành thông minh: tự động mở khi có người, tự động đóng khi hết người và lập tức đảo chiều mở ra khi phát hiện vật cản trong quá trình đang đóng.

Đóng góp của đề tài:

  • Hệ thống hóa chi tiết tài liệu kỹ thuật về tập lệnh, cấu trúc thanh ghi, cơ chế định thời Timer của họ vi điều khiển MCS-51 gắn liền với bài toán điều khiển cơ cấu chấp hành tự động.
  • Cung cấp mô hình thiết kế tham khảo trực quan, kết nối chặt chẽ giữa khảo sát thực tế công nghiệp và thiết kế mô hình phòng thí nghiệm cho sinh viên ngành Tự động hóa.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài:

  • Hệ thống dừng lại ở mức độ nghiên cứu thiết kế và xây dựng mô hình thử nghiệm quy mô nhỏ, chưa triển khai thử nghiệm dài hạn với tải trọng thực tế lớn như cửa công nghiệp ($80\text{ kg} - 200\text{ kg}$).
  • Trong phần thuyết minh có sự chưa đồng nhất giữa tên đề tài được giao ban đầu ("điều khiển bằng PLC") và nội dung thiết kế kỹ thuật thực tế triển khai bên trong (sử dụng vi điều khiển 8-bit AT89C51).
  • Mạch điều khiển động cơ chưa tích hợp các thuật toán điều khiển mềm như băm xung PWM để tạo đường cong gia tốc chuyển động mượt mà như các hệ thống cửa trượt thương mại cao cấp.

Hướng phát triển tiếp theo:

  • Hoàn thiện mô hình cơ khí tải trọng lớn, ứng dụng kỹ thuật điều chế độ rộng xung (PWM) hoặc bộ biến tần để điều khiển động cơ vận hành đa cấp tốc độ mượt mà hơn.
  • Nghiên cứu thay thế hoặc nâng cấp bộ điều khiển trung tâm sang PLC công nghiệp hoặc các dòng vi điều khiển 32-bit tốc độ cao, tích hợp thêm cảm biến an toàn chống kẹt dạng dải quang điện đa điểm.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo phù hợp cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Điện tử - Viễn thông, Cơ điện tử: Cung cấp tài liệu tra cứu cụ thể về cấu trúc phần cứng AT89C51, bảng mã thanh ghi trạng thái (PSW, TMOD, TCON), tập lệnh Assembly và phương pháp thiết kế mạch cầu H lái động cơ DC với L298.
  • Người thực hiện các đề tài mô hình hóa tự động: Tham khảo phương pháp phân tích nguyên lý cảm biến quang/hồng ngoại kết hợp IC khuếch đại thuật toán LM358P và quy trình khảo sát thực tế tại các công trình thương mại.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống cửa tự động tại Siêu thị Big C Hải Phòng có các đặc tính kỹ thuật gì theo khảo sát của tác giả?
Theo khảo sát ở Chương 1, cửa tại Big C Hải Phòng là hệ thống cửa trượt 2 cánh, khối lượng mỗi cánh khoảng $80\text{ kg}$. Hệ thống sử dụng động cơ DC điều chỉnh điện áp, chuyển động theo 2 cấp tốc độ (mở nhanh, gần hết hành trình giảm tốc rồi dừng; đóng chậm hơn; tự đảo chiều mở nhanh nếu có người đi vào khi đang đóng). Cửa dùng hai gờ sắt cố định dưới sàn thay cho con lăn phụ, bố trí công tắc hành trình ở cuối pha mở và sử dụng 2 cảm biến quang gắn trên khung cửa (trong và ngoài).

2. Cảm biến hồng ngoại trong đề tài hoạt động dựa trên nguyên lý nào và được xử lý ra sao qua IC LM358P?
Cảm biến sử dụng tia hồng ngoại có bước sóng $\lambda > 760\text{ nm}$. Mắt thu hồng ngoại bình thường có nội trở rất lớn (hàng trăm $\text{k}\Omega$), khi bị tia hồng ngoại chiếu vào thì nội trở giảm xuống còn vài chục $\Omega$, làm thay đổi điện áp tại cực anot. Điện áp này được đưa vào IC LM358P để so sánh với điện áp chuẩn từ cầu phân áp (dùng biến trở $5\text{k}\Omega$ hoặc $10\text{k}\Omega$, kết hợp điện trở $R_3 = 330\Omega$ khi dùng nguồn 5V) nhằm tạo ra ngõ ra mức logic $1$ ($V_{\text{CC}}$) hoặc mức $0$ cho vi điều khiển.

3. Vi điều khiển AT89C51 có cấu trúc bộ nhớ RAM nội như thế nào?
Bộ nhớ RAM nội của AT89C51 gồm 128 byte có địa chỉ từ $00\text{H}$ đến $\text{FFH}$, được phân chia thành 4 khu vực: (1) Vùng 4 bank thanh ghi ($00\text{H} - 1\text{FH}$, mỗi bank chứa 8 thanh ghi từ $\text{R0} - \text{R7}$); (2) Vùng RAM định vị bit ($20\text{H} - 2\text{FH}$ chứa 128 bit định vị độc lập từ $00\text{H} - 7\text{FH}$); (3) Vùng RAM đa dụng ($30\text{H} - 7\text{FH}$ gồm 80 byte); (4) Vùng thanh ghi chức năng đặc biệt SFR ($80\text{H} - \text{FFH}$ chứa các thanh ghi $\text{ACC}$, $\text{B}$, $\text{PSW}$, $\text{SP}$, $\text{DPTR}$, $\text{PCON}$...).

4. Hai bộ định thời Timer 0 và Timer 1 của AT89C51 hoạt động theo những chế độ nào?
Timer 0 và Timer 1 được cấu hình qua thanh ghi TMOD và TCON với 4 chế độ: Mode 0 (chế độ Timer 13-bit kiểu 8048), Mode 1 (chế độ Timer 16-bit đếm từ $0$ đến $65535$, không tự động nạp lại), Mode 2 (chế độ đếm 8-bit tự động nạp lại giá trị từ thanh ghi THx sang TLx sau mỗi lần tràn), và Mode 3 (chế độ tách riêng biệt, chia Timer 0 thành hai bộ đếm 8-bit TL0 và TH0, trong khi Timer 1 bị dừng hoặc dùng cho cổng nối tiếp).

5. IC L298 và IC 7805 đảm nhận vai trò gì với các thông số kỹ thuật nào trong thiết kế?
IC L298 là mạch tích hợp cầu H kép dùng để điều khiển chiều quay và cấp nguồn cho động cơ điện một chiều, có khả năng chịu điện áp lên đến $46\text{V}$ và tổng dòng điện định mức đạt tới $4\text{A}$. IC 7805 là bộ ổn áp tuyến tính ngõ ra cố định $+5\text{V}$ (gồm chân 1: IN, chân 2: GND, chân 3: OUT), giữ vai trò cung cấp nguồn điện áp ổn định, bảo vệ các mạch tích hợp số và vi điều khiển không bị ảnh hưởng khi nguồn cấp biến thiên.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Hoàng Văn Sơn đã hoàn thành việc khảo sát thực tế và thiết kế hệ thống điều khiển đóng mở cửa tự động thông minh dựa trên nền tảng vi điều khiển AT89C51 và các khối mạch phụ trợ chuyên dụng. Tác giả đã giải quyết đồng bộ từ việc phân tích nguyên lý cảm biến hồng ngoại, mạch so sánh LM358P, mạch lái công suất L298 đến việc lập trình thuật toán điều khiển an toàn và phản hồi linh hoạt. Đề tài là tài liệu kỹ thuật có giá trị thực tiễn và tính ứng dụng cao, phục vụ hiệu quả cho công tác học tập, nghiên cứu và thiết kế mô hình trong ngành Tự động hóa công nghiệp.