Luận văn tốt nghiệp 1 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến MỞ ĐẦU WX Từ xưa đến nay, đo lường hay định lượng là một vấn đề vô cùng quan trọng không chỉ trong sản xuất, kinh doanh mà còn rất cần thiết trong đời sống. Thử nghĩ một nhà máy sản xuất sẽ ra sao khi sản phẩm làm ra không đảm bảo về trọng lượng, uy tín của các cơ sở kinh doanh sẽ suy giảm thế nào khi khách hàng không an tâm về khối lượng sản ph ẩm của họ… Nói như thế để có thể thấy được tầm quan trọng của sự chính xác trong đo lường công nghiệp. Không những thế, việc tiết kiệm thời thời gian cũng như lưu trữ dữ liệu trong đo lường cũng không kém phần quan trọng, chúng sẽ thúc đẩy năng suất sản xuất, nâng cao uy tín thương hiệu cũng như chất lượng sản phẩm. Xuấ t phát từ các mục tiêu trên, chúng em đã chọn đề tài : “Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10 Kg” với hy vọng khi đưa vào thực nghiệm cũng như sản xuất thực tế sẽ đáp ứng được phần nào nhu cầu thiết thực mà xã hội đã đặt ra. Luận văn tốt nghiệp 2 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến Chương 1 : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1- Khái niệm chung về cân trong công nghiệp : Cân là khâu quan trọng trong công nghiệp. Có thể nói cân chiếm vị trí không nhỏ trong sản xuất, cả trong khâu chuẩn bị nguyên liệu cho đến khâu thành phẩm. Việc đo lường chính xác khối lượng nguyên liệu sẽ giảm thiểu tình trạng dư thừa trong quá trình sản xuất, tiết kiệm nguyên liệu cũng như đảm bảo chất lượng sản phẩm. Cùng với đó, sản phẩm sau khi được hoàn thành thì việc cân đo một lần nữ a lại có ý nghĩa rất quan trọng. Nếu trọng lượng sản phẩm dưới định mức yêu cầu thì người tiêu dùng sẽ không chấp nhận, ảnh hưởng rất lớn đến uy tín. Còn nếu trọng lượng sản phẩm vượt quá định mức thì gây thiệt hại cho nhà sản xuất. Chính vì thế những yêu cầu khắt khe trong đo lường nói chung và cân nói riêng là không thừa, phải cần được thực hiện mộ t cách nghiêm túc. Bên cạnh việc tiết kiệm nguyên liệu còn cần phải nói đến việc tiết kiệm thời gian. Trong bất cứ lĩnh vực nào kể cả sản xuất lẫn kinh doanh thì thời gian đóng một phần không nhỏ trong sự thành bại của doanh nghiệp hoặc nhà máy bởi nó quyết định đến năng suất của sản phẩm làm ra mà việc cân đo nguyên liệu cũng không nằm ngoài yêu cầu này. Ngoài ra, cũng cần ph ải nói tầm quan trọng đến lưu trữ và quản lí dữ liệu trong đo lường. Việc quản lí tốt những thông số sau khi cân đo chắc chắn sẽ ảnh hưởng tốt đến việc sản xuất kinh doanh. Ngược lại sẽ ảnh hưởng rất xấu đến chất lượng doanh nghiệp. Trên đây là các vấn đề mà việc cân bằng phương pháp thủ công thông thường không đảm bả o được. Bằng việc áp dụng những kiến thức chuyên ngành đã học và nghiên cứu, hy vọng sẽ giải quyết được phần nào yêu cầu đề ra. 1.2- Nguyên lí hoạt động cơ bản của hệ thống cân : Băng tải hoạt động một cách hoàn toàn tự động. Sản phẩm sau khi được đặt lên băng tải sẽ được cân và trọng lượng của nó sẽ được lưu trữ thông qua đường truyền RS232 sau khi đã được xử lí. Số lượng sản phẩm sẽ được đếm lên sau mỗi lần cân nhờ Luận văn tốt nghiệp 3 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến Loadcell 10kg các cảm biến được bố trí ngay trên băng tải. Tổng khối lượng cũng như tổng sản phẩm có thể được reset về 0 khi cần thiết. Ngoài ra hệ thống cân băng tải có thể được sử dụng như một bàn cân thông thường khi cho dừng động cơ *Mô hình hệ thống cân băng tải gồm có 2 phần riêng biệt và được hai sinh viên thực hiện : Sinh viên : Lê Hoàng Tiến : thực hiện thiế t kế và thi công mạch điều khiển. Sinh viên : Phạm Phú Cường : thực hiện thiết kế và thi công mạch đầu cân Hiển thị Mạch khuếch đại tín hiệu Mạch đầu cân RS232 Mạch điều khiển Hiển thị Lưu trữ Bộ chuyển đổi A/D Luận văn tốt nghiệp 4 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến Chương 2 : GIỚI THIỆU VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 2.1- Giới thiệu AT89C51 : AT89C51 là một Microcomputer 8 bit, loại CMOS, có tốc độ cao và công suất thấp với bộ nhớ Flash có thể lập trình được. Nó được sản xuất với công nghệ bộ nhớ không bay hơi mật độ cao của hãng Atmel, và tương thích với chuẩn công nghiệp của 80C51 và 80C52 về chân ra và bộ lệnh. Hình2.1 : Sơ đồ khối của AT89C51 2.1.1- Những đặc trưng của AT89C51 : ¾ Tương thích với các sản phẩm MCS-51 ¾ 4KByte bộ nhớ Flash có thể lập trình lại với 1000 chu kỳ đọc/xoá Luận văn tốt nghiệp 5 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến ¾ 128 x 8 bit RAM nội ¾ 32 đường xuất-nhập lập trình được (tương ứng 4 port) ¾ Hai timer/counter 16 bit ¾ Một port nối tiếp song công lập trình được ¾ Mạch đồng hồ và bộ dao động trên chip Hình2.2 : Cấu hình chân của AT89C51 Như vậy AT89C51 có tất cả 40 chân. Mỗi chân có chức năng như các đường I/O (xuất/nhập), trong đó 24 chân có công dụng kép: mỗi đường có thể hoạt động như một đường I/O hoặc như một đường điều khiển hoặc như thành phần của bus địa chỉ và bus dữ liệu. Mô tả chân : VCC (chân 40) : Chân cấp nguồn +5V DC. GND (chân 20) : Chân nối đất. Luận văn tốt nghiệp 6 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến Port 0 : Port 0 là một port xuất/nhập song hướng cực máng hở 8 bit. Nếu được sử dụng như là một ngõ xuất thì mỗi chân có thể kéo 8 ngõ vào TTL. Khi mức 1 được viết vào các chân của port 0, các chân này có thể được dùng như là các ngõ nhập tổng trở cao. Port 0 có thể được định cấu hình để hợp kênh giữa bus địa chỉ và bus dữ liệu (phần byte thấp) khi truy cập đến bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình ngoài. Ở chế độ này, P0 có các điện trở pullup bên trong. Port 0 cũng nhận các byte code (byte mã chương trình) khi lập trình Flash, và xuất ra các byte code khi kiểm tra chương trình. Cần có các điện trở pullup bên ngoài khi thực hiện việc kiểm tra chương trình. Port 1 : Port 1 là một port xuất/nhập song hướng 8 bit có các điện trở pullup bên trong. Các bộ đệm ngõ ra của port 1 có thể kéo hoặc cung cấp 4 ngõ nhập TTL. Khi mức 1 được viết vào các chân của port 1, chúng được kéo lên cao bởi các điện tr ở pullup nội và có thể được dùng như là các ngõ nhập. Nếu đóng vai trò là các ngõ nhập, các chân của port 1 (được kéo xuống thấp qua các điện trở bên ngoài) sẽ cấp dòng I IL do các điện trở pullup bên trong. Port 2 : Port 2 là một port xuất/nhập song hướng 8 bit có các điện trở pullup bên trong. Các bộ đệm ngõ ra của port 2 có thể kéo hoặc cung cấp 4 ngõ vào TTL. Khi các mức 1 được viết vào các chân của port 2 thì chúng được kéo lên cao bởi các điện trở pullup nội và có thể được dùng như các ngõ vào. Khi được dùng như các ngõ vào, các chân của port 2 (được kéo xuống qua các điện trở bên ngoài) sẽ cấp dòng I IL do có các điện trở pullup bên trong. Port 2 phát ra byte cao của địa chỉ khi đọc từ bộ nhớ chương trình ngoài và khi truy cập bộ nhớ dữ liệu ngoài dùng các địa chỉ 16 bit (MOVX @DPTR). Trong ứng dụng này, nó dùng các điện trở pullup nội "mạnh" khi phát ra các mức 1. Khi truy cập Luận văn tốt nghiệp 7 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến bộ nhớ dữ liệu ngoài dùng các địa chỉ 8 bit (MOVX @RI), port 2 phát ra các nội dung của thanh ghi chức năng đặc biệt P2. Port 2 cũng nhận các bit cao của địa chỉ và một vài tín hiệu điều khiển khi lập trình và kiểm tra Flash. Port 3 : Port 3 là một port xuất-nhập song hướng 8 bit có điện trở pullup nội bên trong. Các bộ đệm ngõ ra của port 3 có thể kéo hoặc cung cấp 4 ngõ vào TTL. Khi các mức 1 được viết vào các chân của port 3 thì chúng được kéo lên cao bở i các điện trở pullup nội và có thể được dùng như các ngõ vào. Khi được dùng như các ngõ vào, các chân của port 3 (được kéo xuống qua các điện trở bên ngoài) sẽ cấp dòng I IL do có các điện trở pullup bên trong. Port 3 cũng cung cấp các chức năng của các đặc trưng đặc biệt như được liệt kê ở bảng 2.1 : Chân Tên Các chức năng chuyển đổi P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 RXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD Port nhập nối tiếp Port xuất nối tiếp Ngắt 0 bên ngoài Ngắt 1 bên ngoài Ngõ vào Timer/Counter 0 Ngõ vào Timer/Counter 1 Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài Bảng 2.1: Các chức năng chuyển đổi trên Port 3 RST (chân 9) : Luận văn tốt nghiệp 8 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến Ngõ vào reset. Khi ngõ vào tín hiệu này đưa lên cao ít nhất là 2 chu kỳ máy, các thanh ghi bên trong được nạp những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống. Khi cấp điện mạch tự động Reset. ALE/ PROG : ALE là một xung ngõ ra để chốt byte thấp của địa chỉ trong khi truy cập bộ nhớ ngoài. Chân này cũng là ngõ nhập xung lập trình ( PROG ) khi lập trình Flash. Khi hoạt động bình thường, ALE được phát với một tỷ lệ không đổi là 1/6 tần số bộ dao động và có thể được dùng cho các mụch đích timing và clocking bên ngoài. Tuy nhiên, lưu ý rằng một xung ALE sẽ bị bỏ qua mỗi khi truy cập bộ nhớ dữ liệu ngoài. Nếu muốn, hoạt động ALE có thể cấm được bằng cách set bit 0 của SFR tại địa chỉ 8Eh. Nếu bit này được set, ALE chỉ dược hoạ t động khi có một lệnh MOVX hoặc MOVC. Ngược lại, chân này được kéo lên cao bởi các điện trở pullup "nhẹ". Việc set bit cấm-ALE không có tác dụng khi bộ vi điều khiển đang ở chế độ thi hành ngoài. PSEN : PSEN (Program Store Enable) là xung đọc bộ nhớ chương trình ngoài. Khi AT89C51 đang thi hành mã (code) từ bộ nhớ chương trình ngoài, PSENđược kích hoạt hai lần mỗi chu kỳ máy, nhưng hai hoạt động PSEN sẽ bị bỏ qua mỗi khi truy cập bộ nhớ dữ liệu ngoài. EA /Vpp : EA (External Access Enable) phải được nối với GND để cho phép thiết bị đọc code từ bộ nhớ chương trình ngoài có địa chỉ từ 0000H đến FFFFH. Tuy nhiên, lưu ý rằng nếu bit khoá 1 (lock-bit 1) được lập trình, EA sẽ được chốt bên trong khi reset. EA phải được nối với Vcc khi thi hành chương trình bên trong. Chân này cũng nhận điện áp cho phép lập trình Vpp=12V khi lập trình Flash (khi đó áp lập trình 12V được chọn). Luận văn tốt nghiệp 9 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến XTAL1 và XTAL2 : XTAL1 và XTAL2 là hai ngõ vào và ra của một bộ khuếch đại dao động nghịch được cấu hình để dùng như một bộ dao động trên chip. Hình 2.3 : Các kết nối của bộ dao động Không có yêu cầu nào về duty cycle của tín hiệu xung ngoài,vì ngõ nhập nối với mạch tạo xung nội là một flip-flop chia đôi, nhưng các chỉ định về thời gian high và low, các mức áp tối đa và tối thiểu phải được tuân theo. Các đặ c trưng khác sẽ được trình bày một cách chi tiết hơn ở những phần tiếp theo sau đây. 2.1.2- Tổ chức bộ nhớ : 89C51 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard: có những vùng bộ nhớ riêng biệt cho chương trình và dữ liệu. Như đã nói ở trên, cả chương trình và dữ liệu có thể ở bên Luận văn tốt nghiệp 10 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng Thiết kế và thi công hệ thống cân băng tải 10kg SVTH : Lê Hoàng Tiến trong; dù vậy chúng có thể được mở rộng bằng các thành phần ngoài lên đến tối đa 64 Kbytes bộ nhớ chương trình và 64 Kbytes bộ nhớ dữ liệu. Bộ nhớ bên trong bao gồm ROM và RAM trên chip, RAM trên chip bao gồm nhiều phần : phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ địa chỉ hóa từng bit, các bank thanh ghi và các thanh ghi chức năng đặc biệt. Hai đặc tính cần lưu ý là : Các thanh ghi và các port xuất nhập đã được xế p trong bộ nhớ và có thể được truy xuất trực tiếp giống như các địa chỉ bộ nhớ khác. Ngăn xếp bên trong RAM nội nhỏ hơn so với RAM ngoài như trong các bộ vi xử lý khác. Chi tiết về bộ nhớ RAM trên chip: Như ta thấy trên hình hình 2.3, RAM bên trong 89C51 được phân chia giữa các bank thanh ghi (00H–1FH), RAM địa chỉ hóa từng bit (20H–2FH), RAM đa dụng (30H–7FH) và các thanh ghi chức năng đặc biệt (80H–FFH). 2.1.2.1- RAM đa dụng : Mặc dù trên hình cho thấy 80 byte RAM đa dụng chiếm các địa chỉ từ 30H– 7FH, 32 byte dưới cùng từ 00H đến 1FH cũng có thể được dùng với mục đích tương tự (mặc dù các địa chỉ này đã có mục đích khác). Mọi địa chỉ trong vùng RAM đa dụng đều có thể được truy xuất tự do dùng cách đánh địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp. RAM bên trong cũng có thể được truy xuất dùng cách đánh địa chỉ gián tiếp qua R0 hay R1. [...]... trạng sai số trong khi cân Để khắc phục tình trạng này CPU sẽ nhận 5 chuỗi xung, tiến hành chia trung bình nhằm tìm giá trị ít sai số nhất và lấy giá trị này để hiển thị và lưu trữ Thi t kế và thi công hệ thống cân băng tải 1 0kg SVTH : Lê Hoàng Tiến Luận văn tốt nghiệp 31 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng Giải thuật chương trình chính : Thi t kế và thi công hệ thống cân băng tải 1 0kg SVTH : Lê Hoàng Tiến... thống cân Thi t kế và thi công hệ thống cân băng tải 1 0kg SVTH : Lê Hoàng Tiến Luận văn tốt nghiệp 24 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng 3.2 Tính toán và thi t kế phần cứng : * Thi t kế cơ khí : Mô hình bàn cân gồm các phần chính sau : - Băng tải được làm bằng chất liệu đặc biệt, kích thước 0.8m x 0.4m có thể ép dính 2 mép lại với nhau một cách tương đối phẳng Điều này giúp cho việc giảm sai số khi băng tải hoạt... và lấy mốc để xử lí tín hiệu - Sai số khi cân vào khoảng 3% * Mạch điều khiển : Mạch điều khiển điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống Khi được cấp nguồn mạch điều khiển sẽ kích cho băng tải hoạt động thông qua mạch động lực bằng nút nhấn Vật thể cần cân được di chuyển trên băng tải và được phát hiện bởi các cảm Thi t kế và thi công hệ thống cân băng tải 1 0kg SVTH : Lê Hoàng Tiến Luận văn tốt nghiệp... bit ở địa chỉ 82H (DPL : byte thấp) và 83H (DPH : byte cao) Ba lệnh sau sẽ ghi 55H vào RAM ngoài ở địa chỉ 100 0H : MOV A, #55H MOV DPTR, #100 0H MOVX @DPTR, A Lệnh đầu tiên dùng địa chỉ tức thời để tải dữ liệu 55H vào thanh ghi tích lũy Lệnh thứ hai cũng dùng địa chỉ tức thời, lần này để tải dữ liệu 16 bit 100 0H vào con Thi t kế và thi công hệ thống cân băng tải 1 0kg SVTH : Lê Hoàng Tiến Luận văn tốt... Giới thi u : Hệ thống cân băng tải gồm 2 phần : Bộ điều khiển hệ thống cân Bộ đầu cân Hệ thống cân băng tải của em là một hệ thống thu thập dữ liệu nhờ vào hai load cell (mỗi load cell cân được khối lượng tối đa là 2 0kg ), dữ liệu thu thập được sẽ thay đổi theo sự thay đổi của điệp áp đầu ra của load cell theo sự thay đổi khối lượng của bao được cân Điện áp đầu ra của load cell được đưa vào mạch đầu cân. .. start và 1 bit stop Ở chế độ thứ tư, port nối tiếp hoạt động như một thanh ghi dịch đơn giản Thanh ghi dịch 8 bit (chế độ 0) Thi t kế và thi công hệ thống cân băng tải 1 0kg SVTH : Lê Hoàng Tiến Luận văn tốt nghiệp 18 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng Chế độ 0 được chọn bằng cách ghi các bit 0 vào SM1 và SM0 của SCON, đưa port nối tiếp vào chế độ thanh ghi dịch 8 bit Dữ liệu nối tiếp vào và ra qua RXD và TXD... chương trình tính tổng : TOTAL - TLG8+SO5=X1 - X1 10 = Y1, DƯ Z1 - MOV TLG8,Z1 - TLG7+Y1=X2 - X2 10 = Y2, DƯ Z2 - MOV TLG7,Z2 … - TLG1+Y7=X8 - X8 10 = Y8, DƯ Z8 - MOV TLG1,Z8 RET Giải thuật tăng đếm : TĂNG CNT4 CNT4 =10 ? Đ CNT4=0 TĂNG CNT3 S CNT3 =10 ? Đ CNT3=0 TĂNG CNT2 S RET S CNT2 =10 ? Đ CNT2=0 TĂNG CNT1 Thi t kế và thi công hệ thống cân băng tải 1 0kg SVTH : Lê Hoàng Tiến ... một byte Thi t kế và thi công hệ thống cân băng tải 1 0kg SVTH : Lê Hoàng Tiến Luận văn tốt nghiệp 28 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng Hình 3.1 : Giao thức ghi byte Quá trình đọc dữ liệu : Bit R/W được set =1còn các điều kiện thi t lập ban đầu của quá trình đọc/ghi tương tự như quá trình ghi Khi kết thúc quá trình truyền 8 bit đại chỉ của thanh ghi B, điều kiện bắt đầu của quá trình đọc ghi phải được thi t. .. lại vào TH1 baud thật 1 -7(F9H) 8923 7% 12MHz 0 -13(F3H) 2404 0.16% 1200 12MHz 0 -26(E6H) 1202 0.16% 19200 11.059MHz 1 -3(FDH) 19200 0 9600 11.059MHz 0 -3(FDH) 9600 0 2400 11.059MHz 0 -12(F4H) 2400 0 1200 11.059MHz 0 -24(E8H) 1200 0 Bảng2.6 : Tóm tắt tốc độ baud Thi t kế và thi công hệ thống cân băng tải 1 0kg SVTH : Lê Hoàng Tiến Luận văn tốt nghiệp 23 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng Chương 3 : THI T KẾ HỆ... P2.3/A11 P2.2/A10 P2.1/A9 P2.0/A8 LED1 3 Q11 PNP 1 28 27 26 25 24 23 22 21 VCC 74154 Với VCC = 5V DC , Transitor SI và có β = 100 , điện áp ngõ ra tại mỗi chân port của 89C51 VOL = 0,45V, dòng để mỗi LED sáng là 10mA Chọn chế độ hoạt động của Transistor là bão hoà VEC = 0,5V Ta có : RLED = VCC − VEC − VLED − VOL I LED RLED = 5 − 0,5 − 2 − 0,45 = 205 Ω 10 Thi t kế và thi công hệ thống cân băng tải 1 0kg SVTH . lần cân nhờ Luận văn tốt nghiệp 3 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng Thi t kế và thi công hệ thống cân băng tải 1 0kg SVTH : Lê Hoàng Tiến Loadcell 1 0kg các cảm biến được bố trí ngay trên băng tải. . Viết Thắng Thi t kế và thi công hệ thống cân băng tải 1 0kg SVTH : Lê Hoàng Tiến Chương 1 : GIỚI THI U TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1- Khái niệm chung về cân trong công nghiệp : Cân là khâu. nghiệp 9 GVHD : Th.S Trần Viết Thắng Thi t kế và thi công hệ thống cân băng tải 1 0kg SVTH : Lê Hoàng Tiến XTAL1 và XTAL2 : XTAL1 và XTAL2 là hai ngõ vào và ra của một bộ khuếch đại dao động