thiết kế bộ đếm sản phẩm sử dụng cảm biến hồng ngoại, sản phẩm hiển thị trên lcd

ĐỀ TÀITHIẾT KẾ BỘ ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI, SẢN PHẨM HIỂN THỊ TRÊN LCD... LỜI NÓI ĐẦUBộ vi điều khiển viết tắt là Micro-controller, là mạch tích hợp trên một chíp có thể

ĐỀ TÀI

THIẾT KẾ BỘ ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI, SẢN PHẨM HIỂN THỊ TRÊN

LCD.

File đính kèm 010.rar

Phụ lục

Lời nói đầu :

Phần một: Cơ sở lý thuyết I: Giới thiệu về bộ vi điều khiển 8051(89S52): 1: Đặc điểm của IC vi điều khiển 2: Cấu trúc bên trong của 8051(89S52) 3: Các Port của 89S52 a: Port 0 (P0.0-P0.7)

b: Port 1 (P1.0-P1.7)

c: Port 2 (P2.0-P2.7)

d: Port 3 (P3.0-P3.7)

4: Nghiên cứu tổng thể về vi điều khiển 4.1: Hoạt động định thời:

4.2: Cổng nối tiếp:

4.2: Ngắt và xử lý ngắt:

II: Giới thiệu về LM358: 1: Cấu tạo của LM358:

2: Hoạt động của LM358:

III: Bộ cảm biến hồng ngoại: 1: Cấu tạo:

2: Hoạt động:

Phần hai :Nội dung thiết kế sản phẩm. 1: Sơ đồ nguyên lý:

2: Nguyên lý hoạt động:

3: Thuật toán chương trình:

4: Phần mềm:

5: Thuyến trình phần mềm:

Phần ba: Mạch demo kết luận ưu nhược điểm của sản phẩm. 1: Mạch demo:

2: Ưu điểm:

3: Nhược điểm:

4: Khắc phục nhược điểm:

5: Ứng dụng thực tế:

Phần ba: Tài liệu tham khảo

LỜI NÓI ĐẦU

Bộ vi điều khiển viết tắt là Micro-controller, là mạch tích hợp trên một chíp có thể lập trình được, dùng để điều khiển hoạt động của hệ thống Bộ

vi điều khiển tiến hành đọc, lưu trữ thông tin, xử lý thông tin, đo lường thời gian và tiến hành đọc mở một cơ cấu nào đó

Người lập trình có thể sử dụng nhiều ngôn ngữ để lập trình cho vi điều khiển; Nhưng thường sử dụng hai ngôn ngữ chính để lập trình đó là : Ngôn ngữ lập trình C và ngôn ngữ lập trình Assembly (lập trình trên phần cứng của máy tính)

Sau khi lập trình xong phần trình dịch được nạp vào IC và dùng IC này để điều khiển các hệ thống theo yêu cầu đề ra:

Hiện nay vi điều khiển rất phát triển, nó được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực như: Sản xuất công nghiệp, tự động hoá và rất nhiều lĩnh vực khác

So với kỹ thuật số thì vi điều khiển nhỏ gọn hơn rất nhiều do nó được tích hợp lại và được lập trình để điều khiển

Tiếp xúc và nghiên cứu vi điều khiển ban đầu cũng có nhiều điều bỡ ngỡ

và lúng túng trong lập trình; Nhưng qua học tập và được sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy cô bộ môn và đặc biệt là thầy giáo bộ môn Nguyễn Anh Dũng thì chúng em cũng từng bước nắm được những kiến thức về vi điều khiển cũng như những yêu cầu sử lý:

Với đề tài : Mạch đếm sản phẩm hiện thị LCD sử dụng cảm biến hồng ngoại chúng em hy vọng sẽ đạt kết quả tốt Có thể trong quá trình thiết kế

và ứng dụng có nhiều vấn đề có thể chưa được như mong muốn, chúng

em mong được sự nhận xét chỉ bảo của các thầy để chúng em có thể hoàn thành tốt hơn những đồ án về sau

Chúng em xin chân thành cảm ơn!!!

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Dũng Sinh viên thực hiên : Đặng Văn Hoan

Nguyễn Văn Hiếu

Phạm Sỹ Thìn

PHẦN MỘT

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

I: Giới thiệu sơ lược về bộ vi điều khiển 8051(89S52):

1: IC vi điều khiển thuộc họ MCS51 có các đặc điểm sau:

4 kbyte ROM

128 byte RAM

4 port I/O 8 bit

2 bộ định thời

1 cổng nối tiếp

6 nguồn ngắt

Nhưng thực tế hiện nay ta hay sử dụng 8052 (89S52) cũng là một thành viên họ 8051 8052 có tất cả các đặc tính của 8051 ngoài ra còn có thêm

4 kbyte ROM, 128 byte RAM và một bộ định thời nữa

Hình1 : Vi điều khiển 8051

2: Cấu trúc bên trong IC8051:

Phần chính của vi điều khiển 8051 là bộ vi xử lý trung tâm ( CPU: central processing unit)

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 của

bộ đếm định thời hoặc cũng có thể là giao diện nối tiếp

Ba bộ định thời 16bit hoạt động như một bộ đếm

Các cổng Port0, Port1, Port2, Port3 Sử dụng vào mục đích điều khiển và xuất nhập tín hiệu Ở cổng Port3 có thêm các đường dẫn điều khiển dùng

để trao đổi với bộ nhớ bên ngoài, hoặc để đầu nối giao diện nối tiếp, cũng như các đường ngắt dẫn ở bên ngoài

Hình2 : Sơ đồ khối 89S52

Giao diện nối tiếp có chứa một bộ truyền và một bộ nhận không đồng bộ, làm việc độc lập với nhau Tốc độ truyền qua cổng nối tiếp có thể đặt trong dải rộng và được ấn định bằng một bộ định thời

Trong vi điều khiển 8051 có hai thành phần quan trọng khác đó là bộ nhớ

và các thanh ghi:

Bộ nhớ gồm có bộ nhớ RAM và bộ nhớ ROM dùng để lưư trữ dữ liệu và

mã lệnh

Các thanh ghi sử dụng để lưư trữ thông tin trong quá trình xử lý Khi CPU làm việc nó thay đổi nội dung các thanh ghi

3: Các Port của 89S52:

a :Port0 (P0.0-P0.7):

Port 0 gồm 8 chân, ngoài chức năng xuất nhập, Port 0 còn là bus đa hợp

dữ liệu và địa chỉ (AD0-AD7), chức năng này sẽ được sử dụng khi 8051 giao tiếp với thíêt bị ngoài có các kiến trúc bus như mạch nhớ, mạch PIO…

Hình 3: Cấu trúc của các chân trên Port 0

b :Port1 (P1.0-P1.7):

Đối với 8051, chức năng duy nhất của Port 1 là chức năng xuất nhập, cũng như các Port khác Port 1 có thể xuất nhập theo bit hoặc theo byte

Hình 4: Cấu trúc của các chân trên Port 1 và Port3

c :Port2 (P2.0-P2.7):

Port 2 là một Port công dụng kép trên các chân 21-28 được dùng như các đường xuất nhập hoặc là byte cao cua Bus địa chỉ với các thiết kế dùng

bộ nhớ mở rộng

Hình 5 : Cấu trúc các chân trên Port 2

d :Port3 (P3.0-P3.7):

Mỗi chân trên Port 3 ngoài chức năng xuất nhập còn có một chức năng riêng, cụ thể như sau :

Port Tên Chức năng chuyển đổi

P3.0 RXD Dữ liệu nhận cho Port nối tiếp

P3.1 TXD Dữ liệu phát cho Port nối tiếp

P3.2 INT0\ Ngắt 0 bên ngoài

P3.3 INT1\ Ngắt 1 bên ngoài

P3.4 T0 Ngõ vào của Timer/Counter 0

P3.5 T1 Ngõ vào của Timer/Counter 1

P3.6 WR\ Xung ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài

P3.7 RD\ Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

4 : Nghiên cứu tổng thể về vi điều khiển :

Nhìn tổng thể chúng ta có thể tìn hiểu về vi điều khiển trong 3 mảng vấn

đề chính là: Các bộ định thời Timer, Port nối tiếp và Ngắt

4.1: Hoạt động định thời :

Các thanh ghi:

Timer 0 và Timer 1 : Thanh ghi chế độ định thời (TMOD)

Thanh ghi điều khiển Timer ( TCON)

Các thanh ghi chứa giá trị của các bộ định thời Timer 2 : Thanh ghi T2CON

Thanh ghi T2MOD

Thanh ghi TH2 và TL2,RCAP2H và RCAP2L

Các chế độ hoạt động của Timer:

Timer 0 và Timer 1: Chế độ 0 : Timer 13 bit

Chế độ 1: Timer 16 bit

Chế độ 2 : 8 bit tự động nạp lại

Chế độ 3 : Tách Timer

Timer 2 : Chế độ thu nhận (Captuer) : 16bit tự nạp lại

Chế độ tự nạp lại (Auto-Reload) : 16bit thu nhận

Chế độ cung cấp tốc độ Baud cho cổng nối tiếp

4.2: Cổng nối tiếp:

Các thanh ghi cổng nối tiếp: Thanh ghi điều khiển cổng nối tiếp (SCON), thanh ghi đệm truyền nhận ở cổng nối tiếp (SBUF)

Các chế độ hoạt động: Chế độ 0 và chế độ 1, chế độ 2

Ứng dụng truyền nhận qua cổng nối tiếp và truyền thông đa xử lý

4.3: Ngắt và xử lý ngắt:

Thanh ghi cho phép ngắt IE ( Interrupt Enable)

Thanh ghi ưu tiên ngắt IP

Các vector ngắt và số hiệu ngắt

Ngắt Cờ Địa chỉ vector Số hiệu

Reset hệ thống RST 0000H

Bên ngoài 0 IE0 0003H 0

Bên ngoài 1 IE1 0013H 2

Port nối tiếp TI hoặc RI 0023H 4

Timer 2 TX2 hoặc EXF2 002BH 5

89S52 có 6 nguồn ngắt: Ngăt ngoài INT0\

Ngắt ngoài INT1\

Ngắt do bộ Timer 0

Ngắt do bộ Timer 1

Ngắt do bộ Timer 2

Ngắt do Port nối tiêp

Các ngắt ngoài sảy ra khi có mức thấp hoặc sườn xuống trên chân INT0 hoặc INT1 của vi điều khiển Đây là chức năng chuyển đổi của các bit Port 3 (P3.2 và P3.3)

Ngắt cổng nối tiếp xảy ra khi cờ phát (TI) hoặc cờ ngắt thu (RI) được đặt lên mức1 Ngắt phát xảy ra khi một ký tự đã nhận xong và đang đợi trong SBUF để được đọc

Các ngắt cổng nối tiếp khác với các ngắt Timer Cờ gây ra ngắt cổng nối tiếp không bị xáo bằng phấn cứng khi CPU chuyển tới ngắt, do có hai nguồn ngắt cổng nối tiếp TI và RI Nguồn ngắt phải được xác định trong ISR và cờ tạo ngắt sẽ được xoá bằng phần mềm Các ngắt Timer cờ ngắt được xoá bằng phần cứng khi CPU hướng tới ISR

II : Giới thiệu về LM358 :

1 : Cấu tạo của LM358 :

Hình 5 : Cấu tạo và hình dạng thực tế của LM358

Cấu trúc mạch điện thực tế của LM358 :

Hình 6 : Cấu tạo mạch điện LM358

2 : Hoạt động của LM358 :

IC LM358 thực hiện nhiệm vụ so sánh tín hiệu vào để đưa ra tín hiệu chuẩn, nguồn cấp cho IC là : 3V-32V Mỗi khi có sự thay đổi về điện áp tại chân 3 tín hiệu đầu vào của LM358 thì nó thực hiện so sánh điện áp với điện áp chuẩn chân 8 để tạo ra sự biến đổi tín hiệu đẩu ra tại chân 1

III : Bộ cảm biến hồng ngoại:

1 : Cấu tạo : Gồm có phần phát và phần thu.

Phần phát gồm 1 con LED hồng ngoại

Phần thu gồm 1 con Transistor

Hình 7: Cấu tạo của LM358

2: Hoạt động:

Để cảm nhận mỗi lần sản phẩm đi qua thì cảm bíên hồng ngoại của phấn phát phát ra ánh sáng hồng ngoại và phần thu hấp thụ ánh sáng hồng ngoại vì ánh sáng hồng ngoại có đặc điểm ít bị nhiễu so với các loại ánh sáng khác Hai bộ phận phát và thu hoạt động cùng tần số Khi có sản phẩm đi qua giữa phần phát và phần thu ánh sáng hồng ngoại bị che bộ phận thu sẽ hoạt động với tấn số khác so với tần số phát như thế tạo ra một xung tác động tới bộ phận xử lý Vậy bộ phận phát và thu phải có nguồn tạo dao động

PHẦN HAI NỘI DUNG THIẾT KẾ SẢN PHẨM

1: Sơ đồ nguyên lý mạch đếm sản phẩm hiện thị LCD:

Mạch gồm IC 89S52, IC LM358, IC 7805, LCD(1602), bộ cảm biến hồng ngoại, thạch anh 12MHz, biến trở 20k, nút nhấn, điện trở(220R,10k,1k),

tụ (33pF,10uF,100uF,104), đèn LED báo

Hình 8: Sơ đồ nguyên lý mạch đếm sản phẩm

2: Nguyên lý hoạt động của mạch:

Ở chế độ bình thường thì chân INT0( chân 12 của 89S52) luôn ở mức cao Khi có một sản phẩm đi qua bộ cảm biến hồng ngoại, sản phẩm che không cho ánh sáng hống ngoại từ bên phát tới bên thu lên sảy ra sự chênh lệch về điện áp tạo nên sự chênh lệch về tần số giữa bên phát và bên thu lên không có tín hiệu ra ở chân 3 của IC LM358 Khi đó IC LM358 sẽ thực hiện so sánh tín hiệu này với tín hiệu nguồn cấp tại chân 2 của LM358 qua biến trở VR2, khi đó đầu ra tai chân 1 của LM358 là mức thấp đưa tới chân INT0 (chân 12) tại đây sẽ sảy ra hiện tượng ngắt và khi

đó biến đếm được tăng lên 1 và trên LCD sẽ hiển thị kết quả đếm

C 1

3 0 p F

L C D L M O 1 6 0 2

L C D

L M O 1 6 0 2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1

V R E D D D D A K

8 9 S 5 2

8 0 5 1

2 9

2 0

3 1

1 9

1 8

9

3 9

3 7

3 5

3 3 1 3 5 7

2 1

2 3

2 5

2 7

1 0

1 2

1 4

1 6

G N D

E A

X 1

X 2

R S T

P 0 0 / A D 0

P 0 2 / A D 2

P 0 4 / A D 4

P 0 6 / A D 6

P 1 0

P 1 2

P 1 4

P 1 6

P 2 0 / A 8

P 2 2 / A 1 0

P 2 4 / A 1 2

P 2 6 / A 1 4

P 3 0 / R X D

P 3 1 / T X D

P 3 2 / I N T 0

P 3 4 / T 0

P 3 6 / W R

P 3 7 / R D

C 2

3 0 p F

V C C

9 V

1

Y 1

1 2 M H z

R 3

1 0 k

V R 1

2 0 k

C 3

1 0 u F

O N A P

7 8 H T 2

C 4

1 0 0 u F

-+

K D _ T T A

L M 3 5 8

3

I S O 1

T H U _ P H A T

D 2

L E D

C 5

1 0 4

V R 2

2 0 K

R 2

2 2 0

3: Thuật toán chương trình:

4:Phần mềm:

#include<reg52.h>

#include<stdio.h>

#include<intrins.h>

sbit RS_LCD = P1^0;

sbit RW_LCD = P1^1;

sbit E_LCD = P1^2;

unsigned char dong[] = {0x00 , 0x80 , 0xc0};

unsigned long d=0;

void delay_short(){ // Tao tre ngan

unsigned int i;

for(i=0;i<=3;i++);

}

void delay(void) // Phuc vu ngat Timer0;

{

TMOD = 0x01; //Timer 0 che do 1

TH0 = -1000/256; // Chu ky xung 2000us TH0 = -1000%256;

TR0 = 1;

while (!TF0);

TR0 = 0;

TF0 = 0;

}

void ktra_coban(){

unsigned char x;

P2 = 0xff; //11111111: P2 muc cao LCD dang hoat dong;

RS_LCD = 0; // Chon thanh ghi lenh

RW_LCD = 1; // Doc tu LCD

do {

E_LCD = 1; // Cho phep delay_short();

E_LCD = 0; // Cam x=P2;

x=x&0x80; //1000000: Xoa 7 bit thap cua P2;

}

while(x!=0x80);

}

void ghi_lenh(unsigned char command){

ktra_coban();

P2 = command;

RS_LCD = 0; //Chon thanh ghi lenh

RW_LCD = 0; //write to LCD

E_LCD = 1;

delay_short();

E_LCD = 0;

}

void ghi_kytu(unsigned char kytu){

ktra_coban();

delay();

P2 = kytu;

RS_LCD = 1; // Chon thanh ghi du lieu

RW_LCD = 0; // Ghi vao LCD

E_LCD =1;

delay_short();

E_LCD = 0;

}

void ghi_nhanh ( unsigned char kytu){

delay_short();

P2 = kytu;

RS_LCD = 1; // Chon thanh ghi lenh

RW_LCD = 0; // Ghi vao LCD

E_LCD = 1;

delay_short();

E_LCD = 0;

}

void ghi_chuoi(char *str){

while(*str){

ghi_kytu(*str);

str++;

}

void ghi_nhanh_chuoi(char *str){

while(*str){

ghi_nhanh(*str);

str++;

}

}

void move(unsigned char y,unsigned char x){ //Ham di chuyen con tro tren man hinh LCD

ghi_lenh(dong[y]+x); // y la dong, x

la cot

}

void setting(){ //khoi tao LCD

ghi_lenh(0x01);

ghi_lenh(0x38);

// ghi_lenh(0x0f);

ghi_lenh(0x0e);

// ghi_lenh(0x1c); //Dich con tro, dich chuyen con tro sang phai

// ghi_lenh(0x0c); //Bat hien thi ,tat con tro

}

void write_number(unsigned long number){ //Ham tao mot day so dem;

int j;

unsigned char array[10]; //Day 10 phan tu tren mot dong; for(j=0 ; j<10 ; j++) //Thuc hien tinh tu phai qua;

{ array[j] = number%10; //chia lay du roi thuc hien dua vao mang

number /= 10; // number = number/10;

} for(j=9 ; j>=0 ; j ){ //Hien thi tu trai qua;

ghi_nhanh(array[j]+0x30); //00110000 : Hien thi mot dong Font 5*7;

}

}

void main(){

setting();

IE = 0x00; //00000000 : Khong cho phep ngat;

ghi_lenh(0x01); //00000001 : Xoa man hinh

ghi_lenh(0x80); //10000000 : Thiet lap dia chi DDRAM chua

dl hien thi

ghi_chuoi(" CDDT2-K9");

ghi_lenh(0xc0); //11000000 :Doc co bao ban va dia chi cua CGRAM or DDRAM

ghi_chuoi(" DH CONG NGHIEP ");

delay();

ghi_lenh(0x01);

ghi_chuoi(" DO AN ");

ghi_chuoi("DEM SAN PHAM LCD");

delay();

ghi_lenh(0x01);

ghi_chuoi(" SVTH ");

ghi_lenh(0xc0);

ghi_chuoi(" HOAN_HIEU_THIN ");

delay();

ghi_lenh(0x01);

ghi_lenh(0x0c); //00001100 : Tat con tro bat hien thi

ghi_nhanh_chuoi(" SO SAN PHAM LA");

IE = 0x81; //10000001 : Cho phep ngat ngoai Timer0;

IT0 = 1; //Uu tien ngat tu ngoai Timer0;

while(1){

move(2,3); // Di chuyen den vi tri 3 dong 2;

write_number(d-1);

} }

void sp() interrupt 0 //Ngat ngoai Timer0

{

d++;

}

5: Thuyết trình phần mềm:

Khi có sản phẩm đi qua bộ cảm biến hồng ngoại khi đó chân ngắt INT0 của IC 89S52 chuyển mức cao xuống mức thấp tức là sảy ra hiện tượng ngắt cho chân INT0 Chương trình sẽ thực hiện lệnh ngắt :

Void ngat() interrupt 0 (Ngắt ngoài Timer0) cho quá trính đếm sản phẩm

PHẦN BA MẠCH DEMO, KẾT LUẬN ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA SẢN

PHẨM

1: Mạch demo:

2: Ưu điểm:

Cho phép tăng năng suất lao động

Đảm bảo độ chính sác

Cho phép đếm với tần số cao

Khi phần phát và thu xa nhau ta co thể ứng dụng vào thực tế để đếm những sản phẩm lớn

Tổn hao công suất bé, do đó mach có thể dung pin, biến áp…

Giá thành rẻ

3: Nhược điểm:

Do sử dụng cảm biến hồng ngoại nên nếu có 2 sản phẩm đi qua cùng lúc thì sẽ dẫn đến đếm nhầm sản phẩm

Hai con thu phát làm việc với tần số giống nhau nên nhiều khi không ổn định

Tầm nhìn của hồng ngoại yêu cầu độ chính xác

4: Khắc phục nhược điểm:

Nhược điểm lớn nhất của mạch là những linh kiện thụ động và bộ cảm biến hồng ngoại vậy nên khi lắp mạch ta cần phải chọn các linh kiện tốt

có tính ổn định cao

5: Ứng dụng thực tế:

Mạch được ứng dụng trong các hệ thống cửa tự động, trong các khách sạn, công ty…

Dùng để đếm sản phẩm thu được trong các dây truyền nhà máy như: Các siêu thị… Và còn nhiều ứng dụng khác nữa