BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Mạch đếm sản phẩm sử dụng LED hồng ngoại

Quan sát tại các xí nghiệp, xưởng 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 đếm một cách tự động.. CHƯƠNG I: TỔNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

************

************

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Mạch đếm sản phẩm sử dụng LED hồng ngoại

Giảng viên hướng dẫn: Hoàng Quang Huy

Nhóm sinh viên thực hiên:

Lại Việt Bách 20172421 109158

Nguyễn Tiến Đức 20172488 109158

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 2

1 Giới thiệu đề tài 2

1.1 Lí do chọn đề tài 2

1.2 Mục đích 3

1.3 Đối tượng hướng đến 3

2 Thông số kỹ thuật 4

CHƯƠNG II: NỘI DUNG 5

3 Sơ đồ khối 5

4 Sơ đồ nguyên lý và mạch in 5

4.1 Sơ đồ nguyên lý 5

4.1.1 Khối hồng ngoại 6

4.1.2 Khối xử lý, khối hiển thị 7

a Khối xử lý tín hiệu 7

b Khối hiển thị 7

c Nguyên lí hoạt động khối 8

4.2 Mạch in 8

5 Các phương án lựa chọn 8

5.1 Lựa chọn nguồn 8

5.2 Vi điều khiển 9

5.2.1 Mạch đếm dùng IC số 9

5.2.2 Mạch đếm dùng vi xử lý 10

6 Hoàn thiện mạch và kiểm tra mạch 10

CHƯƠNG III: TỔNG KẾT 12

7 Ưu và nhược điểm của đề tài 12

8 Hướng phát triển 12

9 Lời kết 12

Tài liệu tham khảo 13

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Đếm sản phẩm bằng phương pháp thủ công 2

Hình 1.2: Dây chuyền sản xuất sử dụng máy đếm sản phẩm 3

Hình 1.3: Nhà máy có dây chuyền sản xuất 3

Hình 3.1: Sơ đồ khối 5

Hình 4.1.Sơ đồ nguyên lý 6

Hình 4.2: Mạch thu phát hồng ngoại 6

Hình 4.3: PIC16F877A 7

Hình 4.4: Khối hiển thị 7

Hình 4.5: Mạch in 8

Hình 5.1: Nguồn 5V - 2A 9

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Bảng thông số kỹ thuật 4 Bảng 5.1 So sánh nguồn 8

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà trong đó là kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ 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

Quan sát tại các xí nghiệp, xưởng 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 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 những khâu đếm sản phẩm, đóng bao

bì mà vẫn còn sử dụng nhân công

Từ những điều đã được thấy đó và những kiến thức được học trong môn Cấu kiện điện tử, chúng em muốn làm một điều gì nhỏ để góp phần vào giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay mà cho phép tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo được độ chính xác cao Nên chúng em quyết định

chọn mạch Đếm sản phẩm sử dụng LED hồng ngoại.

Trong quá trình thực hiện không thể tránh khỏi những sai sót nhất định, rất mong nhận được sự phê bình cũng như đóng góp của thầy giáo để đề tài được hoàn thiện hơn nữa Chúng em xin chân thành cảm

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

Mục đích của mạch đếm sản phẩm là giúp cho nhà máy đếm được số lượng sản phẩm của nhà máy tạo ra một cách đơn giản, chính xác mà không tốn nhiều công sức lao động của công nhân Trong chương này chúng em sẽ trình bày khái quát về lý do chọn đề tài, thông số kỹ thuật và kế hoạch làm việc

1 Giới thiệu đề tài

1.1 Lí do chọn đề tài

Trong thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa như hiện nay, để tăng năng suất lao động, đồng thời giảm sức lao động con người, giảm giá thành sản phẩm, việc ứng dụng các thành tựu khoa học kĩ thuật vào sản xuất đã và đang diễn ra hàng ngày, hàng giờ Một trong những ngành được ứng dụng rộng rãi trong việc tự động hóa sản xuất là kỹ thuật điện tử Chẳng hạn như việc đếm số số sản phẩm trên dây chuyền sản xuất, hiện nay do đòi hỏi nhu cầu sản xuất cao, yêu cầu về tốc độ, sự chính xác, phương pháp đếm thủ công không còn phù hợp nữa

Hình 1.1: Đếm sản phẩm bằng phương pháp thủ công

Bắt nguồn từ những khó khăn thực tế của các xí nghiệp sản xuất trong cách đếm sản phẩm thủ công và chưa áp dụng cách đêm bằng kỹ thuật tự động hóa,

chúng em nảy ra ý tưởng thiết kế “Mạch đếm sản phẩm bằng LED hồng ngoại”.

2

1.2 Mục đích

Mục đích của mạch đếm sản phẩm là giúp cho nhà máy đếm được số lượng sản phẩm của nhà máy tạo ra một cách đơn giản, chính xác mà không tốn nhiều công sức lao động của công nhân, giúp ta kiểm soát được sản lượng cho ra của mỗi băng chuyền

Hình 1.2: Dây chuyền sản xuất sử dụng máy đếm sản phẩm

1.3 Đối tượng hướng đến

Mạch đếm sản phẩm sử dụng LED hồng ngoại hướng đến là các nhà máy, xí nghiệp có dây chuyền sản xuất

Hình 1.3: Nhà máy có dây chuyền sản xuất

2 Thông số kỹ thuật

Sau khi phân tích, khảo sát thực tế, và tham khảo các nguồn thông tin bên ngoài, chúng em đưa ra những thông số kỹ thuật cho “Mạch đếm sản phẩm bằng LED hồng ngoại” như sau:

Kích thước bảng mạch 12 x 8 cm

Nhiệt độ, độ ẩm 10 – 60 độ C, dưới 85%

Số sản phẩm giới hạn 99 sản phẩm

Loại sản phẩm Phụ thuộc băng chuyền

Điệp áp mạch 5 V

Công suất đèn LED 1.4 W

Trọng lượng 100 g

Thời gian sử dụng 1 - 2 năm

Giá tiền 199.000 VNĐ

Bảng 2.1: Bảng thông số kỹ thuật

Sau khi đã khái quát xong các yêu cầu thông số đặt ra cùng một bản kế hoạch chi tiết, chúng em chuyển qua bước tiếp theo, tiến hành thực hiện mạch Nội dung thực hiện mạch được trình bày cụ thể trong chương II

4

CHƯƠNG II: NỘI DUNG

Trong chương này, chúng em xin trình bày chi tiết về “Mạch đếm sản phẩm

sử dụng LED hồng ngoại”, bao gồm các phần: cách thiết lập sơ đồ khối, sơ đồ khối con, nguyên lý hoạt động của “Mạch đếm sản phẩm bằng LED hồng ngoại”

3 Sơ đồ khối

Để khái quát toàn bộ mạch, chúng em tiến hành bước tiếp theo của đề tài như trong kế hoạch: thiết kế sơ đồ khối Sơ đồ khối của đề tài này gồm 4 khối chính như sau:

Hình 3.1: Sơ đồ khối

4 Sơ đồ nguyên lý và mạch in

Phần này chúng em sẽ dùng phần mềm Proteus để thiết kế mạch nguyên lí và mạch in cho đề tài “Mạch đếm sản phẩm bằng LED hồng ngoại”

4.1 Sơ đồ nguyên lý

Nguyên lý hoạt động của mạch (Hình 4.1): Khi chưa có sản phẩm đi qua tức

là cảm biến chưa tác động, chưa có tín hiệu đến mạch điều khiển ta thấy 2 led hiển thị về 0 Khi có sản phẩm đi qua led thu hồng ngoại bị che khuất mất xung, tín hiệu được đưa về vi điều khiển → Led hiển thị mức sản phẩm tăng lên 1 đơn vị

Mạch gồm 2 khối: Khối hồng ngoại và khối xử lý tín hiệu Dưới đây là mạch nguyên lí mô phỏng bằng phần mềm Proteus:

Hình 4.1.Sơ đồ nguyên lý

4.1.1 Khối hồng ngoại

Led hồng ngoại gồm có 2 loại: thu và phát Loại phát có 2 chân, thường thấy trong các loại Remote TV, đầu máy Loại này đơn giản chỉ cần cấp nguồn (phân cực thuận), hoặc cấp xung là nó phát ra tia hồng ngoại Loại thu có 2 chân hoặc 3 chân, khi nhận được tín hiệu hồng ngoại thì nó dẫn (giống như 1 công tắc đóng mở mạch điện)

D2 IR-R

R19 10k

D3

IR T

R20 330

Hình 4.2: Mạch thu phát hồng ngoại

Về nguyên lý hoạt động (Hình 4.2), khi LED thu không nhận được tín hiệu từ LED phát, điện trở của LED thu rất lớn Vphát> Vthu thì lối ra điện áp bằng 0, khi LED thu nhận được tín hiệu từ LED phát, điện trở của LED thu giảm xuống mạnh (sự giảm phụ thuộc vào cường độ LED phát) khi đó Vphát < Vthu thì lối ra điện áp bằng 5V.[2]

6

4.1.2 Khối xử lý, khối hiển thị

a Khối xử lý tín hiệu

Mạch sử dụng IC vi điều khiển PIC16F877A (Hình 4.3) do Microchip sản xuất, với các thông số ROM 8Kb, RAM 368 bytes, 5 PORT I/O[1] cho phép xử lí thông tin một cách nhanh chóng, chính xác

PIC16F877A

b Khối hiển thị

Khối hiển thị gồm 2 LED 7 đoạn hiển thị số sản phẩm đếm được từ 00 – 99 như hình 4.4 dưới đây:

1

LED1

1

LED2

R3 330

R10 330 R18 330

Hình 4.4: Khối hiển thị

c Nguyên lí hoạt động khối

Mạch sử dụng PIC16F877A để đếm có nút reset để reset về 0 Khi có tín hiệu từ Port 3.2 (Mức 0) ta sẽ code cho PIC16F877A đếm lên 1 đơn vị và xuất ra LED 7 đoạn Mạch có 2 LED 7 đoạn để hiển thị từ 00 > 99 sẽ hiển thị số sản phẩm đếm được

4.2 Mạch in

Chúng em đã sử dụng phần mềm Proteus vẽ mạch in như hình 4.5 dưới đây:

Hình 4.5: Mạch in

5 Các phương án lựa chọn

Lựa chọn linh kiện được đánh giá trên các tiêu chí như hiệu năng, chức năng, giá thành

5.1 Lựa chọn nguồn

dung biến áp, IC

7805

Pin 5V

Đặc điểm Đơn giản, điện áp

ổn định, không chập chờn

Sử dụng mạch nguồn, có linh kiện đi kèm

Tiện lợi, dễ thay thế, thời gian dùng

có hạn Giá tiền 30.000đ 60.000đ 20.000đ

Bảng 5.1 So sánh nguồn

8

Từ bảng trên, nhóm chọn nguồn 5V – 1A.

Hình 5.1: Nguồn 5V - 1A

5.2 Vi điều khiển

5.2.1 Mạch đếm dùng IC số

Mạch đếm dùng IC số có nhiều ưu điểm như: cho phép tăng hiệu suất lao động, đảm bảo độ chính xác cao, tần số đáp ứng của mạch nhanh, cho phép đếm với tần số cao, khoảng cách đặt phần phát và phần thu xa nhau cho phép đếm những sản phẩm lớn, tổn hao công suất bé, mạch có thể sử dụng pin hoặc acquy, khả năng đếm rộng.[3]

Hình 5.2: IC số TL494

Tuy nhiên, việc sử dụng kỹ 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 lòng phải thay đổi

phần cứng Do đó mỗi lần phải lắp lại mạch dẫn đến tốn kém về kinh tế mà nhiều khi yêu cầu đó không thực hiện được bằng phương pháp này

5.2.2 Mạch đếm dùng vi xử lý

Ngoài những ưu điểm như đã liệt kê trong phương pháp dùng IC rời thì mạch đếm sản phẩm dùng kỹ thuật vi xử lí còn có những ưu điểm sau:

Mạch có thể thay phần mềm, trong khi đó phần cứng không cần thay đổi mà mạch dùng IC rời không thể thực hiện được mà nếu có thể thực hiện được thì cũng cứng nhắc mà người công nhân cũng khó tiếp cận, dễ nhầm Số linh kiện sử dụng trong mạch ít hơn và mạch đơn giản hơn so với mạch đếm sản phẩm dùng IC rời Mạch có thể lưu lại số liệu của các ca sản xuất đồng thời có thể điều khiển đếm được nhiều dây chuyền sản xuất cùng lúc bằng phần mềm, và mạch cũng có thể kết nối giao tiếp được với máy tính.[3]

Hình 5.3: Vi điều khiển PIC16F877A

Trong thiết kế người ta thường chọn phương pháp tối ưu và kinh tế do đó chúng em chọn phương pháp đếm sản phẩm dùng kỹ thuật vi điều khiển

6 Hoàn thiện mạch và kiểm tra mạch

Sau khi tiến hành in mạch, khoan lỗ, lắp ráp linh kiện và hoàn mạch, chúng

em thu được sản phẩm sau khi hoàn thiện (Hình 6.1) Tiến hành kiểm tra lại mạch, nhìn chung, mạch có thể hoạt động tốt, nhận tín hiệu khi có vật thể đi qua, thông tin

đi qua vi xử lý PIC16F877A rồi đến màn hình LED 7 đoạn, hiển thị rõ ràng số đếm Mỗi vật thể đi qua màn hình sẽ hiện thị dấu chấm đỏ báo hiệu

10

Hình 6.1: Mạch sản phẩm sau khi hoàn thiện

Nguồn vào 5V – 1A ổn định, LED hồng ngoại nhận tín hiệu tốt

Như vậy ở chương II, chúng em đã trình bày về sơ đồ mạch (Hình 6.1) và nguyên lí hoạt động của mạch Qua đó người đọc có thể nắm được rằng các bộ phận quan trọng trong mạch đó là LED thu phát hồng ngoại, vi xử lý PIC16F877A và LED 7 đoạn Khi có vật thể đi qua, tức có vật cản thì mạch sẽ tăng số đếm

CHƯƠNG III: TỔNG KẾT

Chương này tóm tắt lại toàn bộ nội dung chính của báo cáo, đồng thời nhận xét ưu nhược điểm, hướng phát triển của đề tài và lời kết

7 Ưu và nhược điểm của đề tài

Ưu điểm của đề tài là mạch gọn nhẹ, có thể đặt ở các vị trí khác nhau tùy theo mong muốn người sử dụng, LED hồng ngoại thu phát nhận tín hiệu nhanh chóng, đèn hiện thì báo số rõ ràng

Tuy nhiên bên cạnh đó, còn tồn tại một số nhược điểm đó là: Mạch được làm với mục đích mô hình nên còn đơn giản, sử dụng linh kiện rẻ nên độ bền chưa cao; Giới hạn của mạch không hoạt động được khi tiếp xúc với ánh nắng trực tiếp, giải pháp để khắc phục là dùng băng dính đen che kín mắt thu màu đen để ánh sáng chỉ

có thể từ LED thu đến LED phát

8 Hướng phát triển

Có thể sử dụng kết hợp thêm băng chuyền để di chuyển hàng hóa qua LED hồng ngoại thu phát một cách ổn định, nhanh chóng

Có thể sử dụng vi xử lí, vi điều khiển để tích hợp nhiều chức năng và mạch đơn giản hơn, kết nối với máy tính để lưu trữ số liệu, điều khiển, kiểm soát từ xa

Đề xuất mạch đếm sẩn phẩm của chúng em hy vọng sẽ được phát triển và

mở rộng hơn, có thể ứng dụng ở các dây chuyền sản xuất, nhà máy xí nghệp lớn, góp phần nâng cao nâng suất lao động, tiết kiệm thời gian cùng kinh tế

9 Lời kết

Qua đề tài “Mạch đếm sản phẩm bằng LED hồng ngoại”, chúng em đã học hỏi thêm được nhiều kiến thức về điện tử, tích luỹ được rất nhiều kiến thức bổ ích như kỹ năng sáng tạo ý tưởng, lên kế hoạch, thực hiện kế hoạch sao cho đúng thời hạn và đảm bảo chất lượng sản phẩm, đặc biệt là kỹ năng làm việc nhóm hiệu quả, đồng thời cũng thành thạo hơn những kỹ năng ứng dụng kiến thức đã được học vào trong thực tế

Đây là sản phẩm đầu tiên của bọn em, do kiến thức còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện đề tài không tránh khỏi còn nhiều thiếu sót, chúng em sẽ cố gắng cải thiện để đáp ứng một cách tốt nhất các thông số kỹ thuật đã đặt ra Chúng

em xin chân thành cảm ơn

12

Tài liệu tham khảo

[1] http://www.dientuvietnam.net , truy cập lần cuối vào ngày 15/4/2019

[2] http://www.thuviendientu.org, truy cập lần cuối vào ngày 15/4/2019

[3] http://www.hqdt.vn, truy cập lần cuối vào ngày 15/4/2019