Đang tải... (xem toàn văn)
thiết kế chế tạo hệ thống băng tải phân loại và đếm sản phẩm
Trêng §HSPKT Hng Yªn Đồ án môn học Khoa §iÖn - §iÖn Tö ĐỒ ÁN MÔN HỌC CƠ ĐIỆN – TỬ Đề tài: Thiết kế và chế tạo hệ thống băng tải phân loại và đếm sản phẩm dùng vi xử lí để điều khiển Họ và tên:… Lớp :……. ………. MỤC LỤC GV hướng dẫn: Đỗ Công Thắng Nhóm thực hiện: Kiều Quang Hùng – Nguyễn Văn Hùng Page 1 Trêng §HSPKT Hng Yªn Đồ án môn học Khoa §iÖn - §iÖn Tö LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống của con người đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, với những trang thiết bị hiện đại phục vụ công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Đặc biệt góp phần vào sự phát triển đó thì ngành kĩ thuật điện tử đã góp phần không nhỏ trong sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước. Trong đó môn kỹ thuật vi điều khiển được phát triển mạnh dựa trên những tiến bộ của công nghệ tích hợp các linh kiện bán dẫn và hệ lập trình có bộ nhớ kết hợp với máy tính điện tử. Từ những thời gian đầu phát triển đã cho thấy sự ưu việt của nó và cho tới ngày nay tính ưu việt đó ngày càng được khẳng định thêm. Những thành tựu của nó đã có thể biến được những cái tưởng chừng như không thể thành những cái có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho con người. Để góp phần làm sáng tỏ hiệu quả của những ứng dụng trong thực tế của môn vi điều khiển chúng em sau một thời gian học tập được các thầy, cô giáo trong khoa giảng dạy về các kiến thức chuyên nghành, đồng thời được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy “Đỗ Công Thắng ” chúng em đã thiết kế và chế tạo hệ thống băng tải phân loại và đếm sản phẩm ”. Cùng với sự nỗ lực của cả nhóm nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm của chúng em còn có hạn nên sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong được sự giúp đỡ và tham khảo ý kiến của thầy cô và các bạn nhằm đóng góp phát triển thêm đề tài. Em xin chân thành cảm ơn! GV hướng dẫn: Đỗ Công Thắng Nhóm thực hiện: Kiều Quang Hùng – Nguyễn Văn Hùng Page 2 Trêng §HSPKT Hng Yªn Đồ án môn học Khoa §iÖn - §iÖn Tö CHƯƠNG I : DẪN NHẬP 1.1. Đặt vấn đề Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngày khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà trong đó là kĩ thuật số đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực khoa học kĩ thuật, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng. Xuất phát từ những đợt đi thực tập tại các nhà máy và tham quan các doanh nghiệp sản xuất, chung em đã được thấy nhiều khâu được tự động hóa trong quá trình sản xuất. Một trong những khâu đơn giản trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm làm ra được phân loại và đếm một cách tự động. Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong nhưng khâu đếm sản phẩm, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công. Từ những điều đã được thấy đó và khả năng của chúng em, chúng em muốn làm một điều gì nhỏ để góp phần vào giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay ma cho phép tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần đồng thời bảo đảm được độ chính xác cao. Nên chúng em quyết định thiết kế một mạch phân loại và đếm sản phẩm vì nó gần gũi với thực tế và nó thật sự có ý nghĩa đối với chúng em ví đã làm được một phần nhỏ đóng góp cho xã hội. Để làm được mạch này cần thiết kế được ba phần chính là: bộ phận cảm biến, bộ phận phân loại và bộ phận đếm. Bộ phận cảm biến gồm phần phát và phần thu: Thông thường người ta sử dụng phần thu, phát là led hồng ngoại. Bộ phận phân loại: dùng động cơ để gạt sản phẩm. Bộ phận đếm có nhiều phương pháp thực thi đó là: • Lắp mạch dùng kĩ thuật số với các IC đếm, chốt, so sánh ghép lại • Lắp mạch dùng kĩ thuật vi xử lí • Lắp mạch dùng kĩ thuật vi điều khiển. 1.2. Chọn phương án thiết kế GV hướng dẫn: Đỗ Công Thắng Nhóm thực hiện: Kiều Quang Hùng – Nguyễn Văn Hùng Page 3 Trêng §HSPKT Hng Yªn Đồ án môn học Khoa §iÖn - §iÖn Tö 1.2.1. Với mạch đếm sản phẩn dùng IC rời có: Các ưu điểm sau: • Cho phép tăng hiệu suất lao động • Đảm bảo độ chính xác cao • Tần số đáp ưng của mạch nhanh,cho phép đếm vói tần số cao • Khoảng cách đặt phần phát và phần thu xa nhau cho phép đếm những sản phẩn lớn. • Tổn hao công suất bé, mạch có thể sử dụng pin • Khả năng đếm rộng, giá thành hạ, mạch đơn giản dễ thực hiện Với việc sử dụng kĩ thuật số khó có thể đáp ứng được việc thay đổi số đếm. Muốn thay đổi một yêu cầu nào đó của mạch thì buộc phải thay đổi phần cứng. Do đó mỗi lần phải lắp lại mạch dẫn đến tốn kém vế kinh tế mà nhiều khi yêu câu đó không thực hiện được bằng phương pháp này. Với sự phát triển mạnh của ngành kĩ thuật số đặc biệt là cho ra đời các họ vi xử lí và vi điều khiển rất đa chức năng do đó việc dùng kĩ thuật vi xử lí, kỹ thuật vi điều khiển đã giải quyết những bế tắc và kinh tế hơn mà phương pháp dung IC rời kết nối lại không thực hiện được. 1.2.2. Với mạch đếm sản phẩm dùng kĩ thuật vi xử lí: Ngoài nhưng ưu điểm như đã liệt kê trong phương pháp dùng IC rời thì mạch đếm sản phẩm dùng kĩ thuật còn có nhưng ưu điểm sau: • Mạch có thể thay đổi số đếm một cách linh hoạt bằng việc thay đổi phần mềm, trong khi đó phần cưng không cần thay đổi mà mạch IC rời không thực hiện được ma nếu có thể thực hiện được thì cũng cứng nhắc mà ngươi công nhân cũng khó tiếp cận, dễ nhầm. • Số linh kiện sử dụng trong mach ít hơn, mạch đơn giản hơn so với mạch dùng IC rời. • Mạch cũng có thể kết nối giao tiếp được với máy tính thích hợp cho người quản lí tại phòng kỹ thuật nắm bắt được tình hình sản xuất qua màn hình máy tính. 1.2.3. Phương pháp đếm sản phẩm dùng vi điều khiển: Ngoài những ưu điểm của hai phương pháp trên, phương pháp này còn co những ưu điểm sau: GV hướng dẫn: Đỗ Công Thắng Nhóm thực hiện: Kiều Quang Hùng – Nguyễn Văn Hùng Page 4 Trêng §HSPKT Hng Yªn Đồ án môn học Khoa §iÖn - §iÖn Tö - Trong mạch có thể sử dụng ngay bộ nhớ trong đối với những chương trình có quy mô nhỏ, rất tiện lợi mà vi xử lí không thực hiện được. - Nó có thể giao tiếp nối tiếp trực tiếp với máy tính mà vi xử lí cũng giao tiếp được với máy tính nhưng là giao tiếp song song nên cần có linh kiện chuyển đổi dữ liệu từ song song sang nối tiếp để giao tiếp với máy tính. 1.3. Mục đích yêu cầu của đề tài: Trong đồ án này chúng em thực hiện mạch đếm sản phẩm bằng phương pháp đếm xung. Như vậy mỗi sản phẩm đi qua trên băng chuyền phải có một thiết bị để cảm nhận sản phẩm, thiết bị này gọi là cảm biến.Khi một sản phẩm đi qua cảm biến sẽ nhận và tạo một xung điện đưa về khối xử lí để tăng dần số đếm. Tại một thời điểm tức thời, để xác định được số đếm phải có bộ phận hiển thị. Sản phẩm lỗi sẽ bị động cơ gạt xuống máng. Mục đích yêu cầu của đề tài: • Số đếm phải chính xác • Bộ phận hiển thị phải rõ ràng • Mạch điện không quá phức tạp, bảo đảm sự an toàn, dễ sử dụng. • Giá thành không quá đắt. 1.4. Giới hạn của đề tài: Các sản phẩm rất đa dạng với nhiều chủng loại: đặc, rỗng, kich cỡ khác nhau. Nhưng với khả năng của thiết bị lắp thì mạch chỉ có thể đếm đối với sản phẩm có khả năng che được ánh sáng. Nhiêm vụ: • Thiết kế mô hình • Thiết kế phần cứng, lập lưu đồ thuật toán và viết chương trình điều khiển hệ thống đếm sản phẩm theo yêu cầu: • Có 2 loại sản phẩm • Hệ phân sản phẩm vào hai thùng chứa: Thùng Sp1 có 20 sản phẩm; Thùng Sp2 có 15 sản phẩm, quy trình được lặp đi lặp lại • Bảo vệ quá tải, ngắn mạch, thấp và cao áp. • Hiển thị số lượng sản phẩm đếm được trên led 7 thanh GV hướng dẫn: Đỗ Công Thắng Nhóm thực hiện: Kiều Quang Hùng – Nguyễn Văn Hùng Page 5 Trêng §HSPKT Hng Yªn Đồ án môn học Khoa §iÖn - §iÖn Tö • Thuyết minh đầy đủ, trình bày khoa học. 1.5. Xây dựng sơ đồ khối tổng quát: CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT THIẾT KẾ 2.1. Các khối trong mạch điện 2.1.1. Cảm biến 2.1.1.1. Giới thiệu sơ lược về mạch cảm biến Để cảm nhận mỗi lần sản phẩm đi qua thì cảm biến phải có phần phát và phần thu. Phần phát phát ra ánh sáng hồng ngoại và phần thu hấp thụ ánh sáng hồng ngoại vì ánh sáng hồng ngoại có đặc điểm là ít bị nhiễu so với các loại ánh sáng khác. Hai bộ phận GV hướng dẫn: Đỗ Công Thắng Nhóm thực hiện: Kiều Quang Hùng – Nguyễn Văn Hùng Page 6 Trêng §HSPKT Hng Yªn Đồ án môn học Khoa §iÖn - §iÖn Tö phát và thu hoạt động với cùng tần số. Khi có sản phẩm đi qua giữa phần và phần thu ánh sáng hồng ngoại bị che bộ phận thu sẽ hoạt động với tần số khác với tần số phát như thế sẽ tạo một xung tác động tới bộ phận xử lí. Vậy bộ phận phát và bộ phận thu phải có nguồn tạo dao động. Bộ phận dao động tác động tới công tắc đóng ngắt của nguồn phát và nguồn thu ánh sáng. Có nhiều linh kiện phát và thu ánh sáng hồng ngoại nhưng chúng em chọn led thu, phát hồng ngoại. 2.1.1.2. Cấu tạo, nguyên lí hoạt động của led hồng ngoại: - Led được cấu tạo từ GaAs với vùng cấm có độ rộng là 1,43V tương ứng bức xạ 900nm. Ngoài ra khi pha tạp Si với nguyên vật liệu GaAlAs độ rộng vùng cấm có thể thay đổi. Với cách này, người ta có thể tạo ra dải sóng giữa 800- 900nm và do đó tạo ra được sự điều hưởng sao cho led hồng ngoại phát ra bước sóng thích hợp nhất cho điểm cực đại của độ nhạy các bộ thu. - Hoạt động: Khi mối nối p – n được phân cực thuận thì dòng điện qua mối nối lớn hơn vì sự dẫn điện là do hạt tải đa số, còn khi mối nối được phân cự nghịch thì chỉ có dòng rỉ do sự di chuyển của hạt tải thiểu số. Nhưng khi chiếu sáng vào mối nối, dòng điện nghịch tăng lên gần như tỷ lệ với quang thông trong lúc dòng thuận không tăng. Đặc tuyến volt – ampe của led hồng ngoại như sau: 2.1.2. Khối xử lí: GV hướng dẫn: Đỗ Công Thắng Nhóm thực hiện: Kiều Quang Hùng – Nguyễn Văn Hùng Page 7 Trêng §HSPKT Hng Yªn Đồ án môn học Khoa §iÖn - §iÖn Tö Gồm có IC89C51 và mạch dao động của nó. 2.1.2.1. Giới thiệu bộ vi điều khiển AT89C51 IC vi điều khiển AT89C51 có các đặc điểm sau: • 4k byte ROM • 128 byte RAM cư trú bên trong và có thể mở rộng bộ nhơ ra ngoài. • 2 bộ định thời 16 bit (Timer 0 và Timer1) • Mạch giao tiếp nối tiếp • Bộ xử lý bit • Hệ thống điều khiển và xử lý ngắt • Các kênh điều khiển/ dữ liệu/ địa chỉ • Các thanh ghi chức năng đặc biệt. 2.1.2.2. Sơ đồ khối họ vi điều khiển AT89C51 GV hướng dẫn: Đỗ Công Thắng Nhóm thực hiện: Kiều Quang Hùng – Nguyễn Văn Hùng Page 8 Trêng §HSPKT Hng Yªn Đồ án môn học Khoa §iÖn - §iÖn Tö Phần chính của vi điều khiển AT89C51 là bộ xử lý trung tâm CPU (central processing unit) bao gồm: • Thanh ghi tích lũy A • Thanh ghi tích lũy phụ B, dùng cho phép nhân và phép chia • Đơn vị logic học ALU (Arithermetic logical unit ) • Từ trạng thái chương trình PSW (Program Status Word ) • Bốn băng thanh ghi • Con trỏ ngăn xếp • Ngoài ra còn có bộ nhớ chương trình bộ giải mã lệnh, bộ điều khiển thời gian và logic Đơn vị xử lý trung tâm nhận trực tiếp xung từ bộ dao động, ngoài ra còn có khả năng đưa một tín hiệu giữ nhịp từ bên ngoài. Chương trình đang chạy có thể dừng lại nhờ một khối điều khiển ngắt ở bên trong. Các nguồn ngắt có thể là: các biến cố ở bên ngoài, sự tràn bộ đếm định thời hoặc cugx có thể là giao diện nối tiếp. Hai bộ định thời 16 bit hoạt động như một bộ đếm GV hướng dẫn: Đỗ Công Thắng Nhóm thực hiện: Kiều Quang Hùng – Nguyễn Văn Hùng Page 9 Trêng §HSPKT Hng Yªn Đồ án môn học Khoa §iÖn - §iÖn Tö Các cổng ( Porto, Port1, Port2, Port3 ) sử dụng vào mục đích điều khiển Trong vi điều khiển AT89C51 có hai thành phần quan trọng khác là bộ nhớ và các thanh ghi. Bộ nhớ gồm có bộ nhớ RAM và bộ nhớ ROM dùng để lưu trữ dữ liệu và mã lệnh. Các thanh ghi sử dụng để lưu trữ thông tin trong qua trình xử lý. Khi CPU làm việc nó làm thay đổi nội dung của các thanh ghi. 2.1.2.3. Sơ đồ chân tín hiệu của AT89C51 2.1.2.4. Chức năng của các chân AT89C51 Port0: Là Port có 2 chức năng ở trên chân từ 32 đến 39 trong các thiết kế cỡ nhỏ ( không dùng bộ nhớ mở rộng ) có 2 chức năng như các đường IO. Đối với các thiết kế cỡ lớn ( với bộ nhớ mở rộng ) nó được kết hợp kênh giưa các bus. GV hướng dẫn: Đỗ Công Thắng Nhóm thực hiện: Kiều Quang Hùng – Nguyễn Văn Hùng Page 10 [...]... có sản phẩm đi qua: + sản phẩm cao đi qua trước sẽ tác động vào cảm biến cao tác động tiếp vào IC7414 về vi điều khiển, qua vi điều khiển xử lý đầu ra là chân 7 tác động vào T5 cuộn hút được cấp điện đóng khóa K1 cấp điện cho động cơ gạt sản phẩm cao ra khỏi băng chuyền, đồng thời led 7 thanh sẽ đếm số sản phẩm cao Sản phẩm thấp đi xuống cuối băng truyền và được phát hiện bới cảm biến thấp, khi sản phẩm. .. sản phẩm thấp đồng thời sẽ đếm số sản phảm thấp trên led 7 thanh 3.1.1 Khởi động hệ thống 3.1.2 Mạch công suất điều khiển động cơ GV hướng dẫn: Đỗ Công Thắng Nhóm thực hiện: Kiều Quang Hùng – Nguyễn Văn Hùng Page 29 Đồ án môn học Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö • • • Gồm có 2 động cơ: Động cơ dùng để khởi động và dừng hệ thống Động cơ 2 được điều khiển bởi vi điều khiển dùng để gạt loại sản. .. ĐIỀU KHIỂN 3.1 Mạch điều khiển và nguyên lý hoạt động GV hướng dẫn: Đỗ Công Thắng Nhóm thực hiện: Kiều Quang Hùng – Nguyễn Văn Hùng Page 28 Đồ án môn học Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö Nguyên lý hoạt động : • Trước tiên là khâu khởi động hệ thống, nhấn nút start động cơ chính được cấp nguồn • băng tải chạy và dây chuyền sản phẩm bắt đầu hoạt động Khi chưa có sản phẩm đi qua tức là chưa có tác... bao gồm 4 băng thanh ghi (băng 0 đến băng 3), mỗi băng có 8 thanh ghi 8 bit Các thanh ghi trong mỗi băng có tên gọi từ R0 đến R7 Vùng RAM này được truy cập bằng địa chỉ trự tiếp GV hướng dẫn: Đỗ Công Thắng Nhóm thực hiện: Kiều Quang Hùng – Nguyễn Văn Hùng Page 13 Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö Đồ án môn học mức byte, và quá trình chọn để sử dụng băng thanh ghi nào là tùy thuộc vào việc lựa... IC89C51 lấy tín hiều vào từ cảm biến đưa ra chân 12, 13 Tương ứng với 2 mức sản • phẩm , Sử dụng 2 cổng P0 và P2 để quét led hiển thị 3.1.5 Khối hiển thị GV hướng dẫn: Đỗ Công Thắng Nhóm thực hiện: Kiều Quang Hùng – Nguyễn Văn Hùng Page 32 Đồ án môn học Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö • Sử dụng 4 led segment loại anốt chung và được điều khiển bởi vi điều khiển từ 2 cổng P0 và P2 3.1.6 Khối cảm... thực hiện: Kiều Quang Hùng – Nguyễn Văn Hùng Page 35 Đồ án môn học Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö Begin Thiết lập giá trị ban đầu P0=0ffh; P2=0ffh; P3=0fh;p1=0f0h P1.0=0 S Đ Đặt gtri các biến r0=00h;r1=00h; r2=00h;r3=00h; r4=16; r5=21 Đ Đếm sản phẩm cao ( 15 sp ) Đ P3.2=0 Đếm sản phẩm thấp ( 20 sp ) S P3.3=0 Có tiếp tục ko? Đ End S GV hướng dẫn: Đỗ Công Thắng Nhóm thực hiện: Kiều Quang Hùng... Anode(cực +) chung và mã dành cho led 7 đoạn có Cathode(cực -) chung Chẳng hạn, để hiện thị số 1 cần làm cho các led ở vị trí b và c sáng, nếu sử dụng led 7 đoạn có Anode chung thì phải đặt vào hai chân b và c điện áp là 0V(mức 0) các chân còn lại được đặt điện áp là 5V(mức 1), nếu sử dụng led 7 đoạn có Cathode chung thì điện áp(hay mức logic) hoàn toàn ngược lại, tức là phải đặt vào chân b và c điện áp... đoạn có cấu tạo bao gồm 7 led đơn có dạng thanh xếp theo hình và có thêm một led đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới, bên phải của led 7 đoạn 8 led đơn trên led 7 đoạn có Anode(cực +) hoặc Cathode(cực -) được nối chung với nhau vào một điểm, được đưa chân ra ngoài để kết nối với mạch điện 8 cực còn lại trên mỗi led đơn được đưa thành 8 chân riêng, cũng được đưa ra ngoài để kết nối với... §iÖn - §iÖn Tö • Đồ án môn học Dùng led thu phát để đưa tín hiệu vào khuếch đại thuật toán LM358 GV hướng dẫn: Đỗ Công Thắng Nhóm thực hiện: Kiều Quang Hùng – Nguyễn Văn Hùng Page 34 Đồ án môn học Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö • IC7414 dùng để chống rung tín hiệu đưa về vi điều khiển 3.1.7 Khối Reset và tạo dao động 3.2 Thiết kế lưu đồ thuật toán GV hướng dẫn: Đỗ Công Thắng Nhóm thực hiện:... màu vàng có điện áp ngưỡng Ung = 2,4 đến3, 2 v LED màu xanh ra trời có điện áp ngưỡng Ung = 3 đến 5 v Thiết kế bộ giải mã hiển thị cho LED 7 thanh với tín hiệu đầu vào là mã BCD GV hướng dẫn: Đỗ Công Thắng Nhóm thực hiện: Kiều Quang Hùng – Nguyễn Văn Hùng Page 23 Trêng §HSPKT Hng Yªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö Đồ án môn học Dạng chỉ thị led 7 đoạn: Vì led 7 đoạn chứa bên trong nó các led đơn, do đó khi kết . vào sự ph t triển nền khoa học kỹ thu t thế giới nói chung và trong sự ph t triển kỹ thu t điện t nói riêng. Xu t ph t từ những đ t đi thực t p t i các. sau: STR Mục đích Địa chỉ TCON Điều khiển timer 88h TMOD Chế độ timer 89h TL0 Byte thấp của timer 0 8Ah TL1 Byte thấp của timer 1 8Bh TH0 Byte