Thiết kế mạch đếm sản phẩm THIẾT kế và mô PHỎNG hệ THỐNG TRÊN PHẦN mềm PROTEUS

-Hiện nay là thời đại khoa học kỹ thuật phát triển, các nhà máy xí nghiệp sản xuất sản phẩm của mình trên các băng chuyền hiện đại, sản phẩm xuất ra rấtnhanh và nhiều vì vậy việc đếm xem

TRƯỜ NG ĐẠ I HỌ C CÔ NG NGHIỆ P HÀ NỘ I

BÀI T P L N MÔN VI X LÝTRONG O L

NG VÀ IỀU KHI N ỀTÀI:THIẾT KẾ H TH NG ẾM S N PH M

TRÊN B "NG T I

SINH VIÊN:NGUYỄN VĂN HÙNG GIÁO VIÊN :PHẠM VĂN NAM

HÀ NỘI 2021

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI GIỚI THIỆU 2

DANH MỤC HÌNH ẢNH 3

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ THIẾT KẾ 4

1.1 Đặt vấn đề 4

1.2 Mục tiêu và yêu cầu của đề tài 4

1.3 Vấn đề cần giải quyết 4

PHẦN II: SƠ LƯỢC VỀ BĂNG TẢI 6

2.1 Các loại bang tải sử dụng hiện nay 6

2.1.1 Giới thiệu chung về băng tải 6

2.1.2 Cấu tạo chung của băng tải 6

2.2 Băng tải sử dụng trong báo cáo 7

PHẦN III: LÝ THUYẾT THIẾT KẾ 8

3.1 Tổng quan về vi điều khiển 8051 8

3.2 Cấu trúc của 8051/ Sơ đồ khối của 8051 9

PHẦN IV: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN PHẦN MỀM PROTEUS 16

4.1 Sơ đồ khối 16

4.2.Lưu đồ thuật toán 17

PHẦN V: KẾT LUẬN 18

4.3 Video kết quả chạy mô phỏng trên phần mềm proteus và các chương trình 19

TÀI LIỆU THAM KHẢO 20

- 1

-LỜI GIỚI THIỆU

-Ngày nay, khái niệm kỳ thuật số đã trở thành quen thuộc với nhiều người,

bởi vì sự phát triển của ngành kỹ thuật số này đã có ảnh hưởng rất lớn đến

ngành kinh tế toàn cầu Có người đã nêu lên ý tưởng gọi nền kinh tế chúng ta là

“nền kinh tế kỹ thuật số”, “số hóa” đã gần như vượt khỏi ránh giới của m ột

thuật ngữ ký thuật Nhờ có ưu điểm của xử lý số như độ tin cậy trong truyền

dẫn, tính đa thích nghi và kinh té của nhiều phần mềm khác nhau, tính tiện lợi

tring điều khiển và khai thác mạng

-Hiện nay là thời đại khoa học kỹ thuật phát triển, các nhà máy xí nghiệp

sản xuất sản phẩm của mình trên các băng chuyền hiện đại, sản phẩm xuất ra rấtnhanh và nhiều vì vậy việc đếm xem có bao nhiêu sản phẩm đã hoàn tất xuất ra

từ băng chuyền cuối cùng thì người công nhân khó có thể thực hiện chính xác

được Vì vậy mạch đếm sản phẩm sẽ giúp ta kiểm soát được sản lượng cho ra

tại mỗi băng chuyền Không chỉ vậy, hệ thống đếm sản phẩm còn giúp người

lao động bớt phần mệt nhọc chân tay mà cho phép tang hiệu suất lao động lên

gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo được độ chính xác cao

-Với lý do đó đề tài “Thiết kế mạch đếm sản phẩm” do thầy Phạm Văn Nam hướng dẫn được thực hiện

DHCNHN, tháng11 năm 2021Sinh viên thực hiện

NGUYỄN VĂN HÙNG

- 2

-DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 BĂNG TẢI THÔNG THƯỜNG 6

Hình 2 CẤU TẠO CHUNG CỦA BĂNG TẢI 7

Hình 3 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA 8051 9

Hình 4CÁC THÀNH VIÊN HỌ 8051 9

Hình 5 SƠ ĐỒ CHÂN 8051 10

Hình 6MẠCH TẠO DAO ĐỘNG CHO VDK 11

Hình 7 CHỨC NĂNG CỦA THANH GHI CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT SFR 12

Hình 8 CÁC THANH GHI 14

Hình 9 NGUỒN NGẮT 14

Hình 10 MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM PROTEUS 17

- 3

gian.Phương pháp đếm sản phẩm dùng vi điều khiển không những có được những

ưu điểm của cả 2 phương pháp dùng IC rời và dùng vi xử lí mà còn có những ưu

điểm như : Trong mạch có thể sử dụng ngay bộ nhớ trong đối với những chương

trình có quy mô nhỏ,có thể giao tiếp nối tiếp với máy tính Đề tài băng tải đếm sản phẩm với ứng dụng của họ vi điều khiển 8051.Đề tài này không những thực tế và cần thiết mà chị phí lại không cao.Đây cũng là một cơ hội tốt để em có thể tìm hiểu và ứng dụng những kiến thức môn VI ĐIỀU KHIỂN vào thực tế.

1.2 Mục tiêu và yêu cầu của đề tài

Trong bản báo cáo này em thực hiện mạch đếm sản phẩm bằng phương phápđếm xung Như vậy mỗi sản phẩm đi qua trên băng chuyền phải có một thiết bị để cảmnhận sản phẩm, thiết bị này gọi là cảm biến Khi một sản phẩm đi qua cảm biến sẽnhận và tạo ra một xung điện đưa về khối xử lí để tăng dần số đếm,hiển thị kết quảđếm được lên trên màn hình Khi đủ số lượng sản phẩm thì sẽ tiến hành đóng gói vàquá trình đếm sản phẩm lại bắt đầu lại từ đầu Có thể điều chỉnh được số lượng sảnphẩm trong một hộp thong qua hệ thống nút nhấn

Yêu cầu mạch đếm sản phẩm phải chạy một cách chính xác,ổn định,gọn nhẹ,dễlắp đặt dễ sửa chữa và chi phí thấp

1.3 Vấn đề cần giải quyết

+Tìm hiểu các tài liệu liên quan đến các đề tài nghiên cứu,đưa ra các giải pháp

tối ưu cho việc thiết kế chế tạo sản phẩm thực tế

+Thiết kế và chế tạo một board mạch gồm các khối: khối xử lí trung tâm dùng họ viđiều khiển 8051,khối cảm biến,khối hiển thị

+Tiến hành viết chương trình phần mềm phối hợp hoạt động các khối dưới sự điềukhiển của mạch dùng IC AT89c52

Cuối cùng,mô hình sản phẩm có cấu tạo và nguyên lí làm việc như sau:

* Cấu tạo

- Gồm 1 băng chuyền để chuyển tải sản phẩm

- Sử dụng cảm biến thu phát ánh sáng để phát hiện vật

- Sử dụng bộ vi điều khiển AT89C52

-Có nút ấn để điều chỉnh số lượng sản phẩm trong hộp

* Nguyên lý làm việc

Khi cấp nguồn cho hệ thống thì động cơ điều khiển băng tải được cấp nguồn

và - 4

-quay Mỗi khi có vật đi qua cảm biến thì cảm biến sẽ tạo ra một xung và đưa

về khối vi điều khiển để tăng số đếm…

- 5

-PHẦN II: SƠ LƯỢC VỀ BĂNG TẢI

2.1 Các loại bang tải sử dụng hiện nay

2.1.1 Giới thiệu chung về băng tải

Băng tải thường được dùng để di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệu rời

theo phương ngang và phương nghiêng.Trong các dây truyền sản xuất , các thiết

bị này được sử dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyển các cơ cấu

nhẹ,trong các xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng ,than đá,các loại xi lò trên các trạm thủy điện thì dung vận chuyển nhiên liệu

Trong một số ngành công nghiệp nhẹ,công nghiệp thực phẩm,hóa chất thì dùng đẻ vận chuyển các sản phẩm đã hoàn thành và chưa hoàn thành giữa các công đoạn,các phân xưởng ,đồng thời cũng dùng để loại bỏ các sản phẩm không dung được Hiện nay, như chúng ta đã biết hầu hết trong các nhà máy, xí nghiệp, các công ty vừa và nhỏcho đến những công ty lớn, thì dây chuyền sản xuất đang được sử dụng phổ biến nhất

đó là hệ thống băng tải, hệ thống băng tải ra đời không những làm giảm được

chi phí vận chuyển mà còn tiết kiệm được thời gian và nhân lực

-Ưu điểm của băng tải

+Cấu tạo đơn giản ,bền ,có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các hướngnằmngang,nằmnghiêng

+ Được sử dụng rộng rãi trong hầu hết các công ty, nhà máy, xí nghiệp

+ Tiết kiệm được chi phí vận chuyển và nhân công lao động

+Làm việc ở nhiều môi trường khác nhau

+ Hệ thống làm việc linh hoạt và tính ổn định cao

+ Có thể tự động được,vận hành đơn giản,bảo dưỡng dễ dàng,làm việc tin cậy,năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy vận chuyển khác không lớn lắm

- Nhược điểm: Giá thành cao, chi phí lắp đặt khá tốn kém

Hình 1 BĂNG TẢI THÔNG THƯỜNG

2.1.2 Cấu tạo chung của băng tải

-Băng tải là thiết bị vận tải liên tục, chuyên trở hàng dạng hạt, cục theo phương

ngang, theo mặt phẳng nghiêng, theo đường gấp khúc kết cấu của một băng tải

được biểu diễn trên hình vẽ

Hình 2 CẤU TẠO CHUNG CỦA BĂNG TẢI

1.Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật

2 Trạm dẫn động,truyền chuyển động cho bộ phận kéo

3 Bộ phận căng ,tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo

4 Hệ thống đỡ (con lăn,giá đỡ ) làm phần trượt cho bộ phận kéo và các yếu tố làm việc

Vật liệu làm băng tải có thể làm bằng những vật liệu sau:

- Lưới: Chịu được nhiệt, ít bị ăn mòn, ít chịu ảnh hưởng của môi trường, nhẹ nhàng, bền

- Dạng thảm: Bên trong phía tiếp xúc với trục truyền chuyển chiếm 3/4 bề dầy băng tải

là vật liệu làm bằng lớp nỉ được kết với nhau bên ngoài có phủ lớp silicol dầy 1/4 bề dầy băng tải, giá thành cao phải nhập ngoại được sử dụng trong máy móc đòi hỏi độ chính xác cao và yêu cầu công nghệ cao

- Ngoài ra còn làm bằng vật liệu khác như: Da, sợi kết thành, vải,

- Kích thước băng tải: Bề dày từ (2 ÷ 15)mm, chiều rộng từ (1200 ÷ 2100)mm, thông thường khi tháo lắp hoặc thay thế thì các máy móc, thiết bị thường đi kèm các thiết bị gá lắp riêng

2.2 Băng tải sử dụng trong báo cáo

-Thực hiện mô phỏng hệ thống cảm biến giả lập tín hiệu đầu vào trên phần mềm proteus

PHẦN III: LÝ THUYẾT THIẾT KẾ

3.1 Tổng quan về vi điều khiển 8051

Vào năm 1981 Hãng Intel giới thiệu một số bộ vi điều khiển được gọi là 8051 Bộ viđiều khiển này có 128 byte RAM, 4K byte ROM trên chíp, hai bộ định thời, một cổngnối tiếp và 4 cổng (đều rộng 8 bit) vào ra tất cả được đặt trên một chíp Lúc ấy nó đượccoi là một “hệ thống trên chíp” 8051 là một bộ xử lý 8 bit có nghĩa là CPU chỉ có thểlàm việc với 8 bit dữ liệu tại một thời điểm Dữ liệu lớn hơn 8 bit được chia ra thànhcác dữ liệu 8 bit để cho xử lý 8051 có tất cả 4 cổng vào - ra I/O mỗi cổng rộng 8 bit.Mặc dù 8051 có thể có một ROM trên chíp cực đại là 64 K byte, nhưng các nhà sảnxuất lúc đó đã cho xuất xưởng chỉ với 4K byte ROM trên chíp Điều này sẽ được bànchi tiết hơn sau này

8051 đã trở nên phổ biến sau khi Intel cho phép các nhà sản xuất khác sản xuất

và bán bất kỳ dạng biến thế nào của 8051 mà họ thích với điều kiện họ phải để mã lạitương thích với 8051 Điều này dẫn đến sự ra đời nhiều phiên bản của 8051 với các tốc

độ khác nhau và dung lượng ROM trên chíp khác nhau được bán bởi hơn nửa các nhàsản xuất Điều này quan trọng là mặc dù có nhiều biến thể khác nhau của 8051 về tốc

độ và dung lương nhớ ROM trên chíp, nhưng tất cả chúng đều tương thích với 8051ban đầu về các lệnh Điều này có nghĩa là nếu ta viết chương trình của mình cho mộtphiên bản nào đó thì nó cũng sẽ chạy với mọi phiên bản bất kỳ khác mà không phânbiệt nó từ hãng sản xuất nào

32Cổng nối tiếp

1Nguồn ngắt

6

Bảng 1: Các đặc tính cơ bản của 8051.

3.2 Cấu trúc của 8051/ Sơ đồ khối của 8051

Hình 3 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA 8051

- OSC: Bộ phát xung nhịp đồng bộ cho hệ thống, max: 24Mhz -> quyết định tốc

độ xử lý của 8051 (liên quan đến thời gian/lệnh, Timer, Interrupt );

- ROM: Bộ nhớ chương trình 4K (lưu các mã lệnh của chương trình), ngày nay lên tới 128K: AVR 128, 1M: STM32F4 -> không cần quá quan tâm)

- RAM: Bộ nhớ dữ liệu 128 byte(lưu trữ dữ liệu tạm thời, thanh ghi đặc biệt), ngày nay lên tới 4K: AVR 128, 192K: STM32F4

- Timer/Counter: Bộ đếm thời gian/bộ đếm xung

- Interrupt Control: khối điều khiển ngắt

- BUS Control: khối điều khiển các Bus địa chỉ (Address Bus), Bus dữ liệu (Address Data), Bus điều khiển (Control Bus)

- I/O Port: Cổng vào/ra (P0, P1, P2, P3: 8 bit ~ 8 chân)

- Serial port: Cổng truyền thông nối tiếp

Hình 4CÁC THÀNH VIÊN HỌ 8051

*SƠ ĐỒ CHÂN CỦA 8051

Hình 5 SƠ ĐỒ CHÂN 8051

Là IC đóng vỏ dạng DIP có 40 chân, mỗi chân có một kí hiệu tên và có cácchức năng như sau:

Chân 40: nối với nguồn nuôI +5V

Chân 20: nối với đất(Mass, GND)

Chân 29 (PSEN)(program store enable) là tín hiệu điều khiển xuất ra của 8051,nó

cho phép chọn bộ nhớ ngoài và được nối chung với chân của OE (Outout Enable)của

EPROM ngoài để cho phép đọc các byte của chương trình Các xung tín

hiệu PSEN

hạ thấp trong suốt thời gian thi hành lệnh Những mã nhị phân của chương trìnhđược đọc từ EPROM đi qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh ghi lệnh của 8051bởi mã

lệnh.(chú ý việc đọc ở đây là đọc các lệnh (khác với đọc dữ liệu), khi đó VXL chỉđọc

các bit opcode của lệnh và đưa chúng vào hàng đợi lệnh thông qua các Bus địachỉ và dữ liệu)

Chân 30 (ALE : Adress Latch Enable) là tín hiệu điều khiển xuất ra của 8051, nócho phép phân kênh bus địa chỉ và bus dữ liệu của Port 0

Chân 31 (EA : Eternal Acess) được đưa xuống thấp cho phép chọn bộ nhớ

mã ngoài đối với 8051

Đối với 8051 thì : EA = 5V : Chọn ROM nội EA = 0V : Chọn ROM ngoại

32 chân còn lại chia làm 4 cổng vào ra

Vào ra tức là có thể dùng chân đó để đọc mức logic (0;1 tương ứng với 0V ; 5V)vào

hay xuất mức logic ra(0;1)

P0 từ chân 39 - 32 tương ứng là các chân P0_0 - P0_7

P1 từ chân 1 - 8 tương ứng là các chân P1_0 - P1_7

P2 từ chân 21 - 28 tương ứng là các chân P2_0 - P2_7

P3 từ chân 10 - 17 tương ứng là các chân P3_0 - P3_7

Riêng cổng 3 có 2 chức năng ở mỗi chân như trên hình vẽ:

P3.0 – RxD : chân nhận dữ liệu nối tiếp khi giao tiếp RS232(Cổng COM ).P3.1 _ TxD : phân truyền dữ liệu nối tiếp khi giao tiếp RS232

P3.2 _ INTO : interrupt 0 , ngắt ngoài 0

P3.3 _ INT1: interrupt 1, ngắt ngoài 1

P3.4 _T0 : Timer0 , đầu vào timer0

P3.5_T1 : Timer1, đầu vào timer 1

P3.6_ WR: Write, điều khiển ghi dứ liệu

P3.7 _RD: Read , điều khiển đọc dữ liệu

Chân 18, 19 nối với thạch anh tạo thành mạch tạo dao động cho VĐK

Tần số thạch anh thường dùng trong các ứng dụng là : 11.0592Mhz(giao tiếp vớicổng com máy tính) và 12Mhz Tần số tối đa 24Mhz Tần số càng lớn VĐK xử lí càngnhanh

Hình 6MẠCH TẠO DAO ĐỘNG CHO VDK

*Ram nội và các thanh ghi

Hình 7 CHỨC NĂNG CỦA THANH GHI CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT SFR

SFR định địa chỉ từng bit( những thanh ghi cần nhớ đối khi lập trình cơ bản C)

Hình 8 CÁC THANH GHI

*Giới thiệu sơ qua các nguồn ngắt:

Hình 9 NGUỒN NGẮT

Một chương trình chính không có ngắt thì chạy liên tục, còn chương trình cóngắt thì cứ khi nào điều kiện ngắt được đảm bào thì con trỏ sẽ nhảy sang hàm ngắtthực hiện xong hàm ngắt lại quay về đúng chỗ cũ và thực hiện tiếp chương trình Ta có

1 ví dụ như sau: Bạn đang ăn cơm , có tiếng điện thoại , bạn đạt bát cơm ra nghe

điện thoại , nghe xong lại quay về bưng bát cơm lên ăn tiếp Thì quá trình ăn cơm củabạn là chương trình chính,có điện thoại gọi đến là điều kiện ngắt, bạn ra nghe điệnthoại là thực hiện chương trình ngắt(Interrupt Service Rountine),quay về ăn cơm tiếp

là tiếp tục thực hiện chương trình chính

Ngắt đối với người mới học vi điều khiển là rất khó hiểu, vì đa số các tài liệu đềukhông giải thích ngắt để làm gì Có nhiều loại ngắt khác nhau nhưng tất cả đều cóchung 1 đặc điểm, ngắt dùng cho mục đích đa nhiệm Đa tức là nhiều, nhiệm tức lànhiệm vụ Thực hiện nhiều nhiệm vụ Các bạn nhìn vào tiền trình của hàm main vớichương trình có ngắt :

Chương trình chính đang chạy, ngắt xảy ra, thực hiện hàm ngắt rồi quay lạichương trình chính Chương trình trong vi điều khiển khác với ví dụ ăn cơm nghe điệnthoại của tôi ở chỗ , thời gian thực hiện hàm chính là rất lớn,thời gian thực hiện hàmngắt là rất nhỏ, cho nên thời gian thực thi hàm ngắt không ảnh hưởng nhiều lắm đênchức năng hàm chính Như vậy trong hàm ngắt các bạn làm 1 việc, trong hàm chínhcác bạn làm 1 việcnhư vậy coi như các bạn làm được 2 việc(đa nhiệm) trong 1 quangthời gian tương đối ngắn cõ ms, chứ thực ra tại 1 thời điểm vi điều khiển chỉ thực thi 1lệnh

Ví dụ : Bạn thử nghĩ xem làm thế nào để vừa điều chế xung PWM để điều chỉnhtốc độ động cơ , vừa đọc các cảm biến đầu vào mà tốc độ động cơ phụ thuộc đầu vàocảm biến

PHẦN IV: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN

PHẦN MỀM PROTEUS 4.1 Sơ đồ khối

KHỐI NGUỒN

KHỐI CẢM BIẾNNHẬN BIẾT SẢNPHẨM

PHÍM CHỨC NĂNG

KHỐI XỬ LÝ

KHỐI HIỂN THỊ

Khối nguồn: nguồn cấp điện : - Nguồn cấp điện 5V cho AT89C52, khối nhận

biết sản phẩm, khối hiển thị, khối các phím chức năng

Phím chức năng: 2 nút nhấn tăng giảm để điều chỉnh số lượng sản phẩm trong 1

hộp

Khối xử lý:

- Gồm có IC AT89C52 và mạch dao động của nó

- IC AT89C51 là một loại vi điều khiển trong họ 8051 với cấu trúc các thanh ghi, các

bộ đệm và các bít cờ hoàn toàn được điều khiển bằng chương trình

-Chíp này có bộ nhớ RAM 2K rất thuận tiện cho các điều khiển cỡ lớn

- Chương trình viết cho IC này rất phong phú như C, C++, Asembly, thậm chí cảnhững ngôn ngữ bậc cao như Visual C++, Java,… tuy nhiên để nạp vào bộ nhớ điều

khiển chúng ta phải chuyển chương trình viết từ các ngôn ngữ khác nhau sang file định dạng kiểu Hexa, rồi dùng bộ nạp để nạp.

Khối nhận biết sản phẩm:

-Dùng cảm biến hồng ngoại để phát hiện sản phầm rồi phát tín hiệu về khối xử lý-Thực hiện mô phỏng trên phần mềm proteus dung nút nhấn để giả lập tín hiệu từ cảm biến

Khối hiển thị:

-Dùng LCD 16X2 để hiển thị giới hạn sản phẩm trong hộp và số sản phẩm đang đếm

Hình 10 MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM PROTEUS 4.2.Lưu đồ thuật toán