Luận văn Thiết kế mạch điện điều khiển kho hàng thông minh 1 MỤC LỤC Luận văn 1 Thiết kế mạch điện điều khiển kho hàng thông minh 1 MỤC LỤC 2 DANH MỤC CÁC BẢNG 3 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 4 LỜI NÓI ĐẦU 6 2.2. Chân vi điều khiển 8051 12 12 2.3. Cổng vào/ra 14 2.4. Tổ chức bộ nhớ 17 2.4.1. Tổ chức bộ nhớ trong (bảng 2.3) 18 2.4.2. Tổ chức bộ nhớ ngoài 20 2.5.2. Thanh ghi từ trạng thái chương trình (PSW - Program Status Word) 23 2.5.3.Thanh ghi con trỏ stack (SP – Stack Pointer) 24 2.5.4. Các thanh ghi port 24 2.5.5. Các thanh ghi định thời (Timer Register) 25 2.5.6. Các thanh ghi điều khiển: 25 2.5.7. Thanh ghi điều khiển nguồn PCON 25 CHƯƠNG IV. THỰC NGHIỆM 38 4.4.1. Mạch nguyên lý 71 KẾT LUẬN 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 2 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Chức năng các chân của Port 16 Bảng 2.2. Các thanh ghi chức năng đặc biệt 17 Bảng 2.3. Địa chỉ RAM nội 8051 19 Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật cơ bản của cảm biến tiệm cận kiểu điện dung 33 Bảng 3.2. Thông số kỹ thuật cơ bản của công tắc hành trình 34 Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật cơ bản của động cơ điện một chiều 37 3 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Luận văn 1 Thiết kế mạch điện điều khiển kho hàng thông minh 1 MỤC LỤC 2 DANH MỤC CÁC BẢNG 3 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 4 LỜI NÓI ĐẦU 6 Hình 1.1. Mô hình kho hàng thông minh tại Việt Nam 8 Hình 1.2. Mô hình kho hàng thông minh tại Mỹ 8 Hình 1.2 Mô hình kho hàng thông minh tại Mỹ 8 Hình 1.4 . Mô hình kho hàng thông minh tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 9 Hình 2-1.Kiến trúc vi điều khiển 8051 10 2.2. Chân vi điều khiển 8051 12 12 Hình 2.2. Sơ đồ chân vi điều khiển AT89C51 12 Hình 2.3 . Sơ đồ kết nối thạch anh 14 2.3. Cổng vào/ra 14 Hình 2.4. Cổng vào/ra 14 Hình 2.5. Chân ra xuất mức 0 15 Hình 2.6. Trở treo nội tại chân 15 Hình 2.7. Chân vào xuất mức 1 15 2.4. Tổ chức bộ nhớ 17 Hình 2.8. Các vùng nhớ trong AT89C51 17 2.4.1. Tổ chức bộ nhớ trong (bảng 2.3) 18 2.4.2. Tổ chức bộ nhớ ngoài 20 Hình 2.9. Thực thi bộ nhớ chương trình ngoài 21 2.5.2. Thanh ghi từ trạng thái chương trình (PSW - Program Status Word) 23 Hình 2.10. Thanh ghi PSW 23 Hình 2.11. Chọn bank thanh ghi 23 2.5.3.Thanh ghi con trỏ stack (SP – Stack Pointer) 24 2.5.4. Các thanh ghi port 24 2.5.5. Các thanh ghi định thời (Timer Register) 25 2.5.6. Các thanh ghi điều khiển: 25 2.5.7. Thanh ghi điều khiển nguồn PCON 25 Hình 2.12. Thanh ghi PCON 26 Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển 29 Hình 3.2. Mạch kết nối cảm biến với cách ly quang 30 Hình 3.3. Khối điều khiển 31 Hình 3.4. Khối tải 32 Hình 3.5. Cảm biến tiệm cận kiểu điện dung 33 Hình 3.6. Công tắc hành trình 34 4 Hình 3.6. Hình ảnh Rơle trong thực tế 35 Hình 3.7. Hình ảnh và sơ đồ chân ULN 2803 trong thực tế 35 Hình 3.8. Hình ảnh và sơ đồ nguyên lý của JC 817 36 Hình 3.9. Hình ảnh van đảo chiều 5/2 37 Hình 3.10. Hình ảnh động cơ điện một chiều 37 CHƯƠNG IV. THỰC NGHIỆM 38 Hình 4.1: Giao diện chương trình Protues 7.10 39 Hình 4.2 Nhóm công cụ để vẽ các ký hiệu, chú thích 40 Hình 4.3. Lựa chọn tùy chọn của chương trình 40 Hình 4.4. Giao diện khi thực hiện thêm bớt linh kiện 41 Hình 4.5. Giao diện điều chỉnh kích thước khổ giấy khi vẽ trên Proteus 43 Hình 4.6. Giao diện điều chỉnh phông chữ khi vẽ trên Proteus 44 Hình 4.7. Giao diện hiển thị chiều của dòng điện khi mô phỏng 45 Hình 4.8. Giao diện thay đổi độ nhiễu môi trường, sai số 45 Hình 4.9. Giao diện thực hiện lấy linh kiện (cách 1) 46 Hình 4.10. Giao diện thực hiện lấy linh kiện (cách 2) 46 Hình 4.11. Giao diện Pick Devices 46 Hình 4.12. Giao diện chính của chương trình ARES Professional 49 Hình 4.12. Giao diện khi chọn đường dẫn để vẽ mạch in 50 Hình 4.13. Sơ đồ nguyên lý của mạch chuẩn bị vẽ mạch in 50 Hình 4.13. Cách vẽ đường bao của mạch in 52 Hình 4.14. Cách vẽ chân linh kiện 53 Hình 4.14. Mạch in khi hoàn tất 54 Hình 4.14. Mô hình thực tế 3D visualization 54 Hình 4.15. Giao diện chương trình C51 55 4.4.1. Mạch nguyên lý 71 Hình 4.16. Sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển kho hàng thông minh 71 Hình 4.17. Mặt trước của mạch in 71 Hình 4.18. Mặt sau của mạch in 72 KẾT LUẬN 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 5 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật việc ứng dụng các công nghệ mới vào sản xuất được áp dụng rộng rãi, đặc biệt là việc áp dụng các bộ Vi Xử Lý – Vi Điều Khiển (VXL-VĐK) vào các dây chuyền sản xuất, các hệ thống bảo vệ, giám sát hay các hệ thống phân loại, sắp xếp sản phẩm công nghiệp, v.v Với kết cấu nhỏ gọn, khả năng xử lý nhanh, độ hoạt động tin cậy, VXL- VĐK đang là sự lựa chọn số 1 cho các hệ thống cũng như dây chuyền công nghiệp. Xét cả về yếu tố công nghệ và kinh tế thì các hệ thống sử dụng VXL- VĐK luôn đóng một vai trò quan trọng và chiếm số lượng lớn các nhà sử dụng. Một trong những ứng dụng điển hình mà chúng ta có thể nhắc tới chính là việc ứng dụng Vi điều khiển 8051 trong điều khiển “Kho hàng thông minh”. Vi điều khiển đã phần nào giải quyết các vấn đề về tần suất làm việc cũng như các yêu cầu về độ chính xác khi vận chuyển, cất giữ hàng hóa. Hơn nữa việc điều khiển kho hàng thông minh cũng đem lại sự an toàn cho người công nhân khi không phải trực tiếp lao động trong những môi trường khắc nhiệt, độc hại, có phóng xạ gây nguy hiểm đến tính mạng con người. Đáp ứng xu thế này, trong khuôn khổ của đồ án chúng em đã thực hiện “Thiết kế mạch điện điều khiển kho hàng thông minh” đây là một vấn đề tuy không mới, nhưng việc đi sâu tìm hiểu ứng dụng của VĐK 89S52, giúp chúng em tiếp cận thêm các công nghệ tiên tiến đang áp dụng trên thế giới, mang các kiến thức lý thuyết được học trong nhà trường đến gần hơn với thực tế. Giúp cho sinh viên tự tin hơn với vốn kiến thức của mình trước khi ra trường. Nội dung đồ án gồm 4 chương: Chương 1: Tổng quan về kho hàng thông minh Chương 2: Tổng quan về vi điều khiển 8051 Chương 3: Thiết kế mạch điện điều khiển kho hàng thông minh. Chương 4: Thực nghiệm 6 CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KHO HÀNG THÔNG MINH 1.1 Tầm quan trọng của kho hàng thông minh Trong những thập niên gần đây, thế giới chứng kiến sự thay đổi mạnh mẽ của các nền đại công nghiệp. Cùng với đó là một khối lượng lớn các sản phẩm, hàng hóa được tạo ra mỗi ngày, phục vụ nhu cầu của con người. Nhưng các sản phẩm sản xuất ra không phải lúc nào cũng được đưa đến nơi tiêu thụ, điều đó đòi hỏi một nơi cất giữ hàng hóa tiện ích và đủ lớn. Đáp ứng xu thế đó, ngày nay có rất nhiều các doanh nghiệp coi việc xây dựng các “kho hàng thông minh” là cốt lõi chiến lược trong sự phát triển kinh doanh của doanh nghiệp. Sự ra đời của kho hàng thông minh không chỉ đem lại diện mạo mới cho các công ty, tổ chức, cá nhân sản xuất hàng hóa. Mà nó còn đem lại sự tiện lợi cho các đối tác kinh doanh, trong việc xuất nhập khẩu các sản phẩm. Mặt khác, nó còn góp phần tăng năng suất sản xuất lao động, đảm bảo chất lượng sản phẩm 1.2. Giới thiệu một số kho hàng thông minh Hình 1.1, 1.2 là mô hình kho hàng tự động. 7 Hình 1.1. Mô hình kho hàng thông minh tại Việt Nam Hình 1.2. Mô hình kho hàng thông minh tại Mỹ Hình 1.2 Mô hình kho hàng thông minh tại Mỹ 8 Hình 1.3. Mô hình kho hàng thông minh tại Phần Lan Sản phẩm mô hình kho hàng thông minh được đưa vào giảng dạy tại các trường đại học. Trong ảnh, mô hình kho hàng thông minh đang được trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đưa vào giảng dạy trong nhà trường. Hình 1.4 . Mô hình kho hàng thông minh tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 9 CHƯƠNG II. TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 2.1. Chuẩn 8051 Họ vi điều khiển MCS - 51 do Intel sản xuất đầu tiên vào năm 1980 là các IC thiết kế cho các ứng dụng hướng điều khiển. Các IC này chính là một hệ thống vi xử lý hoàn chỉnh bao gồm các các thành phần của hệ vi xử lý: CPU, bộ nhớ, các mạch giao tiếp, điều khiển ngắt. MCS - 51 là họ vi điều khiển sử dụng cơ chế CISC (Complex Instruction Set Computer), có độ dài và thời gian thực thi của các lệnh khác nhau. Tập lệnh cung cấp cho MCS-51 có các lệnh dùng cho điều khiển xuất/nhập tác động đến từng bit. MCS 51 bao gồm nhiều vi điều khiển khác nhau, bộ vi điều khiển đầu tiên là 8051 có 4KB ROM, 128 byte RAM và 8031, không có ROM nội, phải sử dụng bộ nhớ ngoài. Sau này, các nhà sản xuất khác như Siemens, Fujitsu, … cũng được cấp phép làm nhà cung cấp thứ hai. MCS-51 bao gồm nhiều phiên bản khác nhau, mỗi phiên bản sau tăng thêm một số thanh ghi điều khiển hoạt động của MCS-51. Hình 2-1.Kiến trúc vi điều khiển 8051 AT89C51 là vi điều khiển do Atmel sản xuất, chế tạo theo công nghệ CMOS có các đặc tính như sau: + 4 KB PEROM (Flash Programmable and Erasable Read Only Memory), có khả năng tới 1000 chu kỳ ghi xoá 10 [...]... III THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN KHO HÀNG THÔNG MINH 3.1 Yêu cầu công nghệ Với mục đích phục vụ cho việc học tập và giảng dạy tại trường Đại học Sao đỏ chúng em đưa ra yêu cầu công nghệ của hệ thống điều khiển kho hàng thông minh như sau: Hệ thống vận chuyển hàng từ nơi tập kết đến kho hàng đảm bảo các yêu cầu sau: - Nhấn start hệ thống hoạt động, các cảm biến báo trong kho có hàng và vị trí đặt hàng. .. vị trí kho hàng Khi tới vị trí kho hàng, hệ thống hạ cơ cấu gắp vật, đồng thời gắp vật ra khỏi vị trí của kho Lúc này cơ cấu di chuyển mang vật từ vị trí hàng tập kết đến nơi để hàng - Quá trình di chuyển được giới hạn hành trình bằng các cảm biến và công tắc hàng trình 27 - Vị trí đặt hàng được ưu tiên theo quy tắc, hàng 1 cột 1, hàng 2 cột 2, hàng 3 cột 3 - Sản phẩm sẽ tự động dừng khi kho hàng đầy... Khối điều khiển Khối điều khiển sử dụng chíp vi điều khiển họ 8051, nhận tín hiệu từ khối cảm biến Đầu ra được kết nối với ULN2803 điều khiển tải Khi vi điều khiển nhận được 1 tín hiệu đầu vào từ cảm biến, lập tức chương trình con nạp sẵn được thực thi và tùy vào điều kiện đầu vào mà đầu ra có mức logic 0 hay 1 tương ứng Các Post 0,1,2 được kết nối với mạch cảm biến, Post 3 được kết nối với ULN2803... đã đầy kho 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển 28 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển - Khối cảm biến là các sensor và công tắc hành trình, được ghép nối qua cách ly quang trước khi làm tín hiệu đưa vào vi điều khiển - VĐK làm nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các cảm biến và so sánh với các câu lệnh đã được lập trình sẵn để đưa ra các tín hiệu ở đầu ra, điều khiển tải: Motor, relay Ngoài ra... hoạt động 3.3 Giới thiệu một số thiết bị sử dụng trong mạch điện điều khiển 3.3.1 Cảm biến tiệm cận điện dung - Cảm biến tiệm cận điện dung khi có mặt của đối tượng làm thay đổi điện dung C của bản cực - Cảm biến tiệm cận điện dung gồm 4 bộ phận chính: Cảm biến (các bản cực cách điện) ; mạch dao động; bộ phát hiện; mạch đầu ra Tuy nhiên cảm biến điện dung không đòi hỏi đối tượng làm bằng kim loại Đối tượng... các mạch đệm điều khiển động cơ một chiều ,động cơ bước, khối hiển thị ma trận led Nguyên lý hoạt động: - Nếu các chân đầu vào I1 ÷ I8 là mức 0 thì ngõ ra thả nổi - Nếu các chân đầu vào I1 ÷ I8 là mức 1 thì ngõ ra ở mức 0 3.3.5 JC817 JC 817 dùng để cách ly giữa phần điều khiển (có điện áp thấp) và phần tải (có điện áp cao), nhằm tránh những hư hỏng có thể xảy ra với mạch điều khiển như: dòng dò, điện. .. Điện dung mô tả hai vật dẫn điện cách nhau một kho ng phản ứng lại với sự chênh thế giữa chúng Đặt một điện thế vào hai đầu của một điện trở ta được một tụ điện giữa hai vật dẫn đó (một đầu dương, một đầu âm) Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật cơ bản của cảm biến tiệm cận kiểu điện dung Thông số kỹ thuật cơ bản Tên sản phẩm - Nhà sản xuất - Hình dạng - Loại tiếp điểm - Dòng điện - Điện áp - Vật liệu vỏ - Màu... chúng ta quan sát được trạng thái làm việc của vi điều khiển 29 3.2.2 Nguyên lý làm việc mạch điều khiển 3.2.2.1 Khối cảm biến Hình 3.2 Mạch kết nối cảm biến với cách ly quang Nguồn 24VDC được kết nối với cảm biến, đầu ra của cảm biến được nối với điện trở 2,2k (mục đích hạ áp 24VDC xuống 2,3VDC) trước khi đưa vào cách ly quang Đầu ra của cách ly quang là điện áp 5VDC được đưa làm tín hiệu đầu vào VĐK... động, khi sử dụng có thể chỉ cần kết nối thêm thạch anh và các tụ như hình vẽ trong sơ đồ Tần số thạch anh thường sử dụng cho AT89C51 là 12Mhz 13 Hình 2.3 Sơ đồ kết nối thạch anh 2.3 Cổng vào/ra Tất cả các vi điều khiển 8051 đều có 4 cổng vào/ra 8 bit có thể thiết lập như cổng vào hoặc ra Như vậy có tất cả 32 chân I/O cho phép vi điều khiển có thể kết nối với các thiết bị ngoại vi Hình 2.4 Cổng vào/ra... chuyển mạch tương đối nhanh, có thể phát hiện đối tượng có kích thước nhỏ, phạm vi cảm nhận lớn 32 - Cảm biến điện dung chịu ảnh hưởng bởi bụi và độ ẩm Cảm biến điện dung có vùng cảm nhận lớn hơn vùng cảm nhận của cảm biến điện cảm Hình 3.5 Cảm biến tiệm cận kiểu điện dung Cảm biến tiệm cận kiểu điện dung không tiếp xúc, đo những thay đổi về tính chất điện tương ứng thường gọi là cảm biến điện dung Điện . Luận văn Thiết kế mạch điện điều khiển kho hàng thông minh 1 MỤC LỤC Luận văn 1 Thiết kế mạch điện điều khiển kho hàng thông minh 1 MỤC LỤC. chương: Chương 1: Tổng quan về kho hàng thông minh Chương 2: Tổng quan về vi điều khiển 8051 Chương 3: Thiết kế mạch điện điều khiển kho hàng thông minh. Chương 4: Thực