BÁO CÁO ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỀ TÀI MÔ HÌNH ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI VẬT GỖ THEO CHIỀU CAO DÙNG TRONG ĐIÊU KHẮC SỬ DỤNG ARDUINO R3

Nguyên lý hoạt động: Khi ta nhấn nút star mô hình bắt đầu hoạt động, đưa vật vào băng tải : -Trường hợp 1: Nếu vật có chiều cao 3cm thì khi chạy tới cảm biến hồng ngoại 1, cảm biến hồng

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 3

1.1 Nguyên nhân chọn đề tài 3

1.2 Mục tiêu đề tài 4

1.3 Nội dung nghiên cứu 4

1.4 Yêu cầu dặt ra 5

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ CẤU TRÚC ARDUINO UNO VÀ CÁC THIẾT BỊ TRONG ĐỀ TÀI 5

2.1 Tổng quan về Adruino Uno R3 5

2.1.1 Giới thiệu về Arduino R3 5

2.1.2Cấu tạo của Arduino : 6

- Nguồn (USB / Barrel Jack) 6

- Chân (5V, 3,3V, Analog, Digital, PWM, AREF) 6

- Nút reset(reset button) 6

- Đèn led báo nguồn(power led indicator) 6

- Led TX và RX( TX RX Leds) 6

- IC Chủ(Main IC) 6

- Bộ Điều Chỉnh Điện Áp 6

Thông Số Kỹ Thuật Của Arduino R3 6

Ứng Dụng: 7

- Arduino được dùng trong thiết kế Robot, như điều khiển motor, nhận biết và sử lý thông tin 7

- Máy CNC mini sử dụng cho điêu khắc sử dụng laser hoặc spindle tốc độ cao 7 - Máy in 3D 7

- Máy bay không người lái 7

- Điều khiển thiết bị thông qua internet 7

- Nhận biết và cảnh báo các vấn đề nguy hiểm như cảnh báo cháy, nồng độ hóa chất khí gas độc hại thông qua cảm biến 7

- Điều khiển bật tắt đơn giản ,cảm biến âm thanh, ánh sáng 7

2.2 Tổng quan các linh kiện trong đề tài 7

2.2.1 IC 74HC595 7

2.2.2 Sơ đồ & chức năng các chân 74HC595 8

2.2.3 Giản đồ thời gian về cách hoạt động của IC 11

2.3 E18-D80NK 11

2.3.1 Giới thiệu 11

2.3.2 Thông số kỹ thuật 12

2.4 LCD 20x4 13

2.4.1 Giới thiệu 13

2.4.2 Thông số kĩ thuật 13

2.5 Cảm biến siêu âm UltraSonic HY-SRF05 14

- Cảm Biến Siêu Âm UltraSonic HY-SRF05 thường được dùng đo khoảng cách, đo mực chất lỏng, robot dò đường, phát hiện các vết đứt gãy trong dây cáp 14

2.5.1 Thông số kĩ thuật 14

2.5.2 Nguyên lý hoạt động 14

2.6 Động cơ Servo SG90 15

2.6.1 Giới thiệu 15

2.6.2 Thông số kỹ thuật 15

2.7 Module LM2596 16

2.7.1 Giới thiệu 16

2.7.2 Thông số kỹ thuật 16

2.7.3 Nguyên lý hoạt động 17

2.7 Động cơ motor LK0195 17

2.7.1 Khái niệm 17

2.8.2 Cấu tạo và phân loại động cơ điện một chiều 17

2.8.3 Nguyên lý 19

2.8.4 Ứng dụng 19

2.9 Mạch nguồn 19

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 20

3.1 Giới thiệu: 20

3.2 Các phần mềm thiết kế: 21

3.2.1 Arduino: 21

3.2.2 Proteus 8 Professional 22

3.3 Sơ đồ khối 23

3.3 Lưu đồ thuật toán 24

3.6 Xây dựng và khởi chạy chương trình mô phỏng Matlab 25

CHƯƠNG 4: TỔNG KẾT 26

4.1 Kết quả đạt được 26

4.2 Khó khăn và nhược điểm 26

4.3 Hướng khắc phục và phát triển 27

TRƯỜNG SƯ PHẠM KỸ THUẬT –

DHDN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Giáo viên hướng dẫn: Đỗ Hoàng Ngân Mi

I ĐỀ TÀI :

MÔ HÌNH ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI VẬT GỖ THEO CHIỀU CAO DÙNG

TRONG ĐIÊU KHẮC SỬ DỤNG ARDUINO R3

II CÁC THAM SỐ BAN ĐẦU:

- Bộ nguồn 5V cung cấp cho Arduino R3 và nguồn 12V cho động cơ DC

- Mô hình có chức năng : + Không cần tốn nhân lực nhiều

+ Tiết kiệm thời gian

+ Tiết kiệm chi phí

III. Nguyên lý hoạt động:

Khi ta nhấn nút star mô hình bắt đầu hoạt động, đưa vật vào băng tải :

-Trường hợp 1: Nếu vật có chiều cao 3cm thì khi chạy tới cảm biến hồng ngoại 1, cảm biến hồng ngoại 1 nhận diện được vật thì động cơ servo hoạt động và đẩy vật vào vị trí đựng có chiều cao 3cm Lúc đó trên màn hình hiển thị sẽ đếm sản phẩm ở vị trí thấp tăng lên 1 và hiển thị chiều cao là 3cm

-Trường hợp 2: : Nếu vật có chiều cao 5cm thì cảm biến hồng ngoại 1 không hoạt động và tiếp tục chạy tới cảm biến hồng ngoại 2, cảm biến hồng ngoại 2 nhận diện được vật thì động cơ servo hoạt động và đẩy vật vào vị trí đựng có chiều cao 5cm Lúc đó trên màn hình hiển thị sẽ đếm sản phẩm ở vị trí trung bình tăng lên 1 và hiển thị chiều cao là 5cm

-Trường hợp 3: : Nếu vật có chiều cao 7cm thì khi cảm biến 1 và 2 sẽ không hoạt động và băng tải sẽ đưa vật chạy tới cảm biến hồng ngoại 3, cảm biến hồng ngoại 3 nhận

thị sẽ đếm sản phẩm ở vị trí cao tăng lên 1 và hiển thị chiều cao là 7cm.

*Phát thảo mô hình:

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Nguyên nhân chọn đề tài

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức 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 điều khiển tự động nói riêng Xuất phát từ những đợt đi thực tập tốt nghiệp tại nhà máy, các khu công nghiệp và tham quan các doanh nghiệp sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu được tự động hóa trong quá trình sản xuất Một trong những khâu tự động trong dây chuyền sản xuất tựđộng hóa đó là số lượng sản phẩm sản xuất ra được các băng tải vận chuyển và sử dụng

hệ thống nâng gắp phân loại sản phẩm Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong những khâu phân loại, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công, chính vì vậy nhiều khi cho ra năng suất thấp chưa đạt hiệu quả Từ những điều đã được nhìn thấy trong thực tế cuộc sống và những kiến thức mà em đã học được ở trường muốn tạo ra hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồngthời vẫn đảm bảo được độ chính xác cao về kích thước Nên em đã quyết định thiết kế và

thi công một mô hình sử dụng băng chuyền để phân loại sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế, vì trong thực tế có nhiều sản phẩm được sản xuất ra đòi hỏi phải có kích thước tương đối chính xác và nó thật sự rất có ý nghĩa đối với chúng em, góp phần làm cho xã hội ngày càng phát triển mạnh hơn, để xứng tầm với sự phát triển của thế giới.

1.2 Mục tiêu đề tài

Trong quá trình sản xuất, việc phân loại sản phẩm đóng vai trò thiết yếu Có

nhiều hướng để phân biệt nhiều dòng sản phẩm khác nhau tùy vào mục đích sử

dụng Đề tài này hướng vào việc nghiên cứu phân loại vật theo chiều cao đã

được định trước

Chính vì vậy, với mong muốn đưa ra giải pháp nhằm khắc phục những nhược

điểm trên, chúng em xin thực hiện đề tài “Mô hình đếm và Phân loại vật theo

chiều cao” nhằm mang lại những lợi ích cụ thể:

- Giảm sức lao động

- Nâng cao năng suất lao động

- Giúp cho việc quản lý và giám sát trở nên đơn giản

- Giảm chi phí thuê nhân công

1.3 Nội dung nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu thông qua đề tài là tìm hiểu về ứng dụng đếm và phân loại sản phẩm nên nhiệm vụ nghiên cứu gồm :

- Tìm hiểu cơ chế hoạt động

- Phân tích sơ đồ nguyên lý

- Nâng cao kĩ năng lập trình, hàn mạch và làm sản phẩm điện tử

- Phát triển khả năng tư duy cho sinh viên trong quá trình nghiên cứu

1.4 Yêu cầu dặt ra

Để phục vụ cho việc đếm và phân loại vật theo chiều cao thì cần đặt ra những

yêu cầu sau:

- Phân loại vật theo 3 trường hợp : thấp, trung bình và cao

- Dễ dàng điều khiển và bảo trì

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ CẤU TRÚC ARDUINO UNO VÀ

CÁC THIẾT BỊ TRONG ĐỀ TÀI2.1Tổng quan về Adruino Uno R3

Hình2.1 Arduino R3

2.1.1 Giới thiệu về Arduino R3

- Arduino là một bo mạch vi điều khiển do một nhóm giáo sư và sinh viên nước Ýthiết kế và đưa ra đầu tiên vào năm 2005 Mạch Arduino được sử dụng để cảmnhận và điều khiển nhiều đối tượng khác nhau Nó có thể thực hiện nhiều nhiệm

vụ lấy tín hiệu từ cảm biến đến điều khiển đèn, động cơ, và nhiều đối tượng khác.Ngoài ra mạch còn có khả năng liên kết với nhiều module khác nhau như moduleđọc thẻ từ, ethernet shield, sim900A, ….để tăng khả ứng dụng của mạch

- Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử

lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM, Atmel 32-bit,… Hiện phần cứng của Arduino cótất cả 6 phiên bản, Tuy nhiên phiên bản thường được sử dụng nhiều nhất làArduino Uno và Arduino Mega

- Phần mềm để lập trình cho mạch Arduino là phần mềm IDE

2.1.2Cấu tạo của Arduino :

- Nguồn (USB / Barrel Jack)

- Chân (5V, 3,3V, Analog, Digital, PWM, AREF)

Thông Số Kỹ Thuật Của Arduino R3

Digital I/O pin 14 (trong đó 6 pin có khảnăng băm xung)

Cường độ dòng điện trên mỗi I/O pin 20 mA

Cường độ dòng điện trên mỗi 3.3V pin 50 mA

Flash Memory 32 KB (ATmega328P)0.5 KB được sử dụng

Vi điều khiển ATmega328P

Ứng Dụng:

- Arduino được dùng trong thiết kế Robot, như điều khiển

motor, nhận biết và sử lý thông tin

- Máy CNC mini sử dụng cho điêu khắc sử dụng laser hoặc

spindle tốc độ cao

- Máy in 3D

- Máy bay không người lái

- Điều khiển thiết bị thông qua internet

- Nhận biết và cảnh báo các vấn đề nguy hiểm như cảnh báo

cháy, nồng độ hóa chất khí gas độc hại thông qua cảm biến

- Điều khiển bật tắt đơn giản ,cảm biến âm thanh, ánh sáng

2.2Tổng quan các linh kiện trong đề tài

2.2.1 IC 74HC595

IC 74HC595 còn được gọi là IC dịch chốt với mối quan hệ "vào nối tiếp và ra songsong 8 bit"

Hình 2.2 IC dịch chốt

Để thực sự hiểu rỏ IC này chúng ta sẽ phải trả lời một số câu hỏi cơ bản nhất của

vấn đề Trước tiên, thế nào là dịch và chốt? Nói một chút lý thuyết kỹ thuật số về 2

ngõ vào của IC đó để nó lưu vào bộ nhớ chờ đến khi có lệnh xử lí Có thể hiểu ngõvào nối tiếp tức là các giá trị được nạp vào IC một cách từ từ ở từng thời điểm khácnhau trên cùng 1 ngõ vào, còn nếu nói vào song song thì có nghĩa là sẽ có nhiều ngõvào và các giá trị sẽ được nạp vào IC cùng 1 lúc Thuật ngữ này đối với ngõ ra cũngtương tự.

Chốt là gì?

- Chốt là khi thỏa mản 1 điều kiện nào đó nó sẽ cho phép IC giữ nguyên giá trị ngõ

ra, không cho nó thay đổi mặc dù tín hiệu ngõ vào có thay đổi thế nào

2.2.2 Sơ đồ & chức năng các chân 74HC595

Để hiểu rõ về IC 74HC595 ta cần có trong tay datasheet của nó

Hình 2.3: Sơ đồ chân của ICCác chân từ 1 tới 7 và chân số15 là ngõ ra của IC Chân DS (14) là ngõ vào

của IC (đây là IC vào nối tiếp nên ta chỉ cần 1 ngõ vào là đủ)

 Chân 16 - VCC là chân cấp nguồn dương (từ 2V đến 6V)

 Chân số 8 GND là chân cấp Ground – cực (-) của nguồn

 Chân SHCP: là chân đưa xung clock (xung nhịp) vào IC và khi có cạnh lêncủa xung thì IC đưa tín hiệu ở ngõ vào vào bộ nhớ của IC để chờ xử lý

 (Chú thích: Thế nào là xung clock? Thực ra xung clock là 1 chuỗi tín hiệulogic 0 và 1 có thể là 1 xen kẽ với 0 cũng có thể là 0,1 ngẫu nhiên, nhưng nói

chung nó là 1 chuổi tín hiệu logic

à Hình 2.4: VD về xung clock

Còn cạnh lên và cạnh xuống của xung thì ta có thể thấy trên hình, cạnh lên là khixung clock chuyển trạng thái từ 0 lên 1, còn cạnh xuống là thời điểm khi chuyển từ

1 xuống 0)

Vậy khi có cạnh lên của xung tại chân SHCP thì 1 tín hiệu logic từ ngõ vào

của IC sẽ được lưu trữ vào trong IC để chờ tín hiệu cho phép xử lý Bộ nhớ tối đa

của IC là 8 bit, nếu vượt quá ngưỡng này thì giá trị mới sẽ được đưa vào IC và đồngthời giá trị cũ nhất của IC sẽ được xoá đi

Hình 2.5: Cách nạp dữ liệu của bộ nhớ IC ghi dịch

- Chân STCP: là chân đưa xung clock vào IC để khi có cạnh lên của xung thì IC

đưa toàn bộ 8bit data đã được lưu (đã nói ở chân SHCP) ra ngõ ra của IC

- Chân MR: là chân reset IC (tức là trả IC về trạng thái ban đầu – giống như khi

ta ghost máy tính vậy – khi chân này tích cực thì toàn bộ bộ nhớ của IC sẽ bị xoá

tất cả bằng 0, tuy nhiên lưu ý là lúc này tín hiệu ở ngõ ra không bị xoá mà vẫn

giữ nguyên giá trị trước đó) và chân này tích cực mức thấp (LOW active) có

nghĩa là muốn reset IC thì phải đưa 0V vào chân này

- Chân EO: là chân Output Enable chân khi được tích cực thì mới cho phép ta

điều chỉnh được giá trị ngõ ra Khi tên chân IC mà có dấu gạch trên đầu tức là

nó tích cực thấp (LOW active) tức là muốn tích cực chân này thì ta phải đưa 0v

(GND) vào chân này Còn nếu khi chân này không được tích cực (tức là đưa

mức logic 1 vào chân này thì ngõ ra bị đưa lên trạng thái trở kháng cao)

- Chân số 9 chân Q7S: Chữ S ở đây là viết tắt cho từ Serial (nối tiếp) chân này

thường được dùng khi ta nối tiếp các IC 74HC595 với nhau (chân Q7S của

con trước nối vào chân DS của con sau) chân này sẽ có giá trị của bit trọng số

cao của bộ nhớ IC (Bit mới được đưa vào sẽ nằm ở vị trí LSB – trong số thấp)

nếu mắc nối tiếp các IC 74HC595 lại với nhau theo cách như vậy thì khi bit

MSB bị đẩy ra khỏi bộ nhớ của IC sẽ không mất đi mà trước đó nó đã được sao

chép qua IC phía sau

2.2.3 Giản đồ thời gian về cách hoạt động của IC

Hình 2.6: Giản đồ hoạt động của IC

2.3 E18-D80NK

2.3.1 Giới thiệu

Lâu nay, chúng ta đã quen với việc sử dụng cảm biến siêu âm để phát hiện vật

cản, tuy nhiên điểm yếu của nó là dễ bị nhiễu Để khắc phục điểm yếu trên, đồ án đã

sử dụng một phương pháp phát hiện vật cản khác Đó chính là sử dụng hồng ngoại,

mà cụ thể hơn là sử dụng cảm biến E18-D80NK thường ứng dụng cho các đặc tínhRobot tránh vật cản, trên các dây chuyền phát hiện sản phẩm, các bộ reminder đachức năng v.v

Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK dùng ánh sáng hồng ngoại để xác

định vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sử dụng mắt nhận và phát tia

hồng ngoại theo tần số riêng biệt Cảm biến có thể chỉnh khoảng cách hoạt độngthông qua biến trở ở phần cuối thân cảm biến

 Thời gian hồi đáp: ~2ms

 Nhiệt độ môi trường làm

Điện áp hoạt động: 5VDC

 Khoảng cách hoạt động tối đa: ~80cm

 Dòng kích ngõ ra: 300mA

 Góc điểm: ~15o

 Thời gian hồi đáp: ~2ms

 Nhiệt độ môi trường làm

Điện áp hoạt động: 5VDC

 Khoảng cách hoạt động tối đa: ~80cm

 Dòng kích ngõ ra: 300mA

 Góc điểm: ~15o

 Thời gian hồi đáp: ~2ms

 Nhiệt độ môi trường làm

- Điện áp hoạt động :5VDC

- Khoảng cách hoạt động tối đa 80cm

- Dòng kích ngõ ra 300mA

- Góc điểm 15 độ

- Thời gian hồi đáp 2ms

- Nhiệt độ môi trường làm việc -25 đến 50 độ C

- Ngõ ra dạng NPN cực thu hở giúp tùy biến đươc điện áp ngõ ra, trở treo lên áp baonhiêu sẽ tạo thành điện áp ngõ ra bấy nhiêu

- Chất liệu vỏ cảm biến : Nhựa

- Hiển thị ngõ ra bằng led

- Kích thước 1.8cm (D) x 7.0cm(L)

2.3.3 Sơ đồ dây

E18-D80NK có cách đấu dây tương đôi đơn giản :

- Màu nâu vcc, nguồn dương 5VDC

- Màu xanh dương GND, nguồn âm 0VDC

- Màu đen tín hiệu ngõ ra cực thu hở NPN cần trở treo đẻ tạo mức cao

 Điện áp hoạt động: 5VDC

 Khoảng cách hoạt động tối đa: ~80cm

Hình 2.8: Sơ đồ chân của E18-D80NK

2.4 LCD 20x4

2.4.1 Giới thiệu

Hình 2.9 LCD 20x4

hiển thị 4 dòng với mỗi dòng 20 ký tự, màn hình có độ bền cao, rất phổ biến, nhiều code mẫu và dễ sử dụng thích hợp cho những người mới học và làm dự án.

2.4.2 Thông số kĩ thuật

LCD 20x4 là loại màn hình tinh thể lỏng nhỏ dùng để hiển thị chữ hoặc số trong bảng

mã ASCII Mỗi ô của Text LCD bao gồm các chấm tinh thể lỏng, các chấm này kết hợpvới nhau theo trình tự “ẩn” hoặc “hiện” sẽ tạo nên các kí tự cần hiển thị và mỗi ô chỉhiển thị được một kí tự duy nhất

LCD 20x4 nghĩa là loại LCD có 4 dòng và mỗi dòng chỉ hiển thị được 20 kí tự Đây làloại màn hình được sử dụng rất phổ biến trong các loại mạch điện

Thông số kĩ thuật của LCD 20x4:

- Điện áp: 5V

- Ngõ giao tiếp: 16 chân

- Màu sắc: xanh lá hoặc xanh dương

- Module hỗ trợ giao tiếp với vi điều khiển: LCD I2C 16x2

2.5 Cảm biến siêu âm UltraSonic HY-SRF05

- Cảm Biến Siêu Âm UltraSonic HY-SRF05 thường được dùng đo khoảng

cách, đo mực chất lỏng, robot dò đường, phát hiện các vết đứt gãy trong dâycáp

- Cảm Biến Siêu Âm UltraSonic HY-SRF05 có độ nhạy cao lên đến 0.3m, ra

chân đầy đủ rất dễ dàng để cắm dây tín hiệu kết nối