Đồ án tốt nghiệp thiết kế mô hình dây chuyền đếm, hiển thị và phân loại sản phẩm theo độ cao, màu sắc bằng stm32f103c6t8

BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNGHOÀXÃHỘICHỦNGHĨAVIỆTĐộc lập - Tự do - Hạnh phúc PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nhóm sinh viên thực hiện: 97 Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế mô hình dây chuyền đế

-ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CNKT KHOA HỌC MÁY TÍNH

THIẾT KẾ MÔ HÌNH DÂY CHUYỀN ĐẾM, HIỂN THỊ VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO ĐỘ CAO, MÀU SẮC BẰNG STM32F103C6T8

CBHD: ThS VŨ THỊ HOÀNG YẾN Nhóm sinh viên thực hiện:

1 TRẦN ĐỨC TÙNG_ Mã SV: 2019606522

2 NGUYỄN TIẾN ĐẠT_ Mã SV: 2019604596

3 Bùi Anh Hoàn_ Mã SV: 2019605007

Hà Nội – 2023

BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNGHOÀXÃHỘICHỦNGHĨAVIỆT

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT

NGHIỆP Nhóm sinh viên thực hiện: 97

Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế mô hình dây chuyền đếm, hiển thị và phân loại

sản phẩm theo màu sắc, chiều cao.

Mục tiêu đề tài:

- Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hoặc lắp ráp, thử nghiệm kết cấu cơ khí cho phép đốitượng sản phẩm di chuyển đều trên một băng truyền, gạt sản phẩm đã phân loại đúng theomàu sắc, chiều cao vào vị trí được quy định trước;

- Nghiên cứu, tính toán và lựa chọn sử dụng các loại động cơ, bộ điều khiển động

cơ phù hợp với thiết kế cơ khí;

- Nghiên cứu, tính toán và lựa chọn sử dụng các loại linh kiện, thiết bị hiển thị phùhợp để hiển thị tổng số lượng sản phẩm, số lượng sản phẩm đã phân loại của từng loại

- Nghiên cứu, tính toán và lựa chọn sử dụng các loại cảm biến phù hợp với thiết kế

cơ khí để giúp thực hiện được việc nhận dạng, phân loại sản phẩm;

- Nghiên cứu, tính toán và lựa chọn sử dụng các loại bộ điều khiển phù hợp với

thiết kế cơ khí để giúp hệ thống thực hiện các nhiệm vụ;

- Nghiên cứu, xây dựng lưu đồ thuật toán để lập trình phần mềm cho bộ điều khiển.Cho phép lựa chọn phân loại sản phẩm theo màu sắc hoặc theo chiều cao và thực hiện đượcchu trình phân loại đúng đối với mỗi lựa chọn

- Nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình minh họa một hệ thống thực hiện đầy đủ cácchức năng được mô tả phía trên

Phần mềm

File thiết kế mạch in

File code lập trình điều khiển

2 Mô hình hệ với các tính năng, thông số kỹ thuật chính bao gồm:

- Tính năng: tự đông phân loại từng sản phẩm theo 2 màu sắc hoặc 2 mứcchiều cao khác nhau vào các vị trí được xác định trước; tự động đếm tổng số lượng sảnphẩm, số lượng sản phẩm từng loại và hiển thị ra thiết bị hiển thị phù hợp

- Trọng lượng: <100 kg;

- Tốc độ di chuyển của băng truyền: 1-10cm/s;

- Xác suất tự động phân loại thành công: 90%;

- Sai số đếm số lượng sản phẩm: ±5%

Thời gian thực hiện: từ 20/03/2023 đến 06/05/2023

ThS Vũ Thị Hoàng Yến TS HOÀNG MẠNH KHA

< KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP >

<Trình bày những việc làm cụ thể và sản phẩm trong từng giai đoạn/thời kỳ, những hoạt động nào tiến hành trước/sau? Thời gian dự kiến cho từng hoạt động? >

liên quan đến biến hồng ngoại

26/3/2023 phương pháp, Hoàn

và công cụ cầnthiết cho việcthực hiện đồ

án Xác địnhchi tiết các yêucầu của đề tài

2 Từ Tìm và thu thập Trần 70% code dự án

27/3/2023 dữ liệu sản Đức và đang tiếp tục

đến phẩm có sẵn để Tùng xử lý 30% còn lại

2/4/202023 thực hiện đếm với 2 cảm biến

17/4/2023 luyện mô hình

Đứcđến trên dữ liệu đã

đồ án So sánhvới các phươngpháp khác và

LỜI CẢM ƠN

Qua một thời gian nghiên cứu và thực hiện, đến nay nhóm em đã hoàn thành đồ ántốt nghiệp với đề tài: “Thiết kế mô hình dây chuyền đếm, hiển thị và phân loại sảnphẩm theo chiều cao, màu sắc” do Ths.Vũ Thị Hoàng Yến hướng dẫn đã được hoànthiện Trong suốt thời gian nghiên cứu và thi công đề tài, nhóm em đã gặp không ítvướng mắc nhất định và nhận được nhiều sự giúp đỡ nhiệt thành và quý báu

Để hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp đầu tiên cho phép nhóm em được bày tỏ lòngbiết ơn đến các thầy cô trong Khoa Điện - Điện Tử, trường Đại Học Công Nghiệp

Hà Nội đã truyền thụ những kiến thức quý báu và bổ ích trong thời gian học tập tạitrường để chúng em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp cũng như có nền tảng kiếnthức chuyên môn sau khi tốt nghiệp và tự tin khi tìm kiếm việc làm sau khi ratrường

Nhóm em xin được trân trọng cảm ơn ThS.Vũ Thị Hoàng Yến đã luôn tận tình giúp

đỡ, chỉ đạo, cung cấp tài liệu và tạo mọi điều kiện thuận lời cho em trong suốt quátrình nghiên cứu tìm hiểu và xây dựng đồ án tốt nghiệp này

Do thời gian nghiên cứu có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, chúng emrất mong nhận được sự góp ý, chỉ dẫn thêm của các thầy cô để đề tài của chúng emhoàn thiện hơn, đáp ứng đầy đủ những mục tiêu đã đặt ra

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH VẼ

Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, với kiến thức đã được học tại trường là một sinhviên ngành điện tử, thông qua việc thiết kế đồ án giúp chúng em có thêm kinhnghiệm về lập trình STM32 Chính vì vậy, chúng em đã nhận đề tài: “ Thiết kế môhình dây chuyền đếm, hiển thị và phân loại sản phẩm theo màu sắc, chiều cao ”.Hiện nay, các dây chuyền tự động hóa giúp con người giải quyết rất nhiều vấn đềtrong sản xuất : Tăng năng suất lao động, giảm nhân công, nâng cao chất lượng sảnxuất,… Với tầm quan trọng như thế, những dây chuyền tự động hóa đóng vai trò rấtquan trọng trong công cuộc phát triển của thế giới Chúng em chọn đề tài mô hìnhdây chuyền đếm, hiển thị và phân loại sản phẩm cũng bởi những ứng dụng thực tếnhư vậy.

Đề tài này cũng phù hợp với chuyên ngành đào tạo của chúng em khi sử dụngSTM32 cũng như các ứng dụng thiết kế đã được học tại trường

2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Chế tạo thành công mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao, màu

sắc Sử dụng STM32 để xây dựng chương trình điều khiển

Mô hình hoạt động ổn định, linh hoạt

3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo hoặc lắp ráp, thử nghiệm kết cấu cơ khí chophép đối tượng sản phẩm di chuyển đều trên một băng truyền, gạt sản phẩm đãphân loại đúng theo màu sắc, chiều cao vào vị trí được quy định trước

Nghiên cứu, tính toán và lựa chọn sử dụng các loại linh kiện, thiết bị hiển thịphù hợp để hiển thị tổng số lượng sản phẩm, số lượng sản phẩm đã phân loại củatừng loại

Nghiên cứu, xây dựng lưu đồ thuật toán để lập trình phần mềm cho bộ điều

khiển Cho phép lựa chọn phân loại sản phẩm theo màu sắc hoặc theo chiều cao

và thực hiện được chu trình phân loại đúng đối với mỗi lựa chọn

4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Thời gian : Từ 20/3/2023 đến 6/4/2023.

Lĩnh vực : Sử dụng kiến thức đã được học cũng như nghiên cứu thêm các giáo trình.

5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp thu thập thông tin: khảo sát, lập bảng hỏi, đọc tài liệu, hỏi giáo viên hướng dẫn…

Phương pháp xử lí thông tin: định lượng, định tính,…

6. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Ý nghĩa khoa học: Bổ sung cho lý thuyết của bộ môn khoa học; tìm tòi thêm cách giải quyết cho bài toán phân loại sản phẩm …

Giá trị thực tiễn: Tăng kinh nghiệm cho nhóm đồ án, tạo ra hướng đi cho việc phát triển dây chuyền tự động từ đơn giản cho bà con nông thôn, tạo tiền đề cho những sản phẩm lớn hơn trong công nghiệp,

7. CẤU TRÚC CỦA BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Ngoài phần mở đầu, đề tài gồm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về đề tài.

Chương 2: Thiết kế và chế tạo mô hình băng tải đếm, hiển thị và phân loại sản

phẩm.

Chương 3: Kết quả thực nghiệm và đánh giá.

Chương 4: Kết luận.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Từ thời xa xưa con người đã biết phân loại các sản phẩm không những phục vụcho sinh hoạt mà còn phục vụ cho công việc buôn bán và trao đổi hàng hóa Nhưngnhững sự phân biệt này còn thô sơ và dùng sức người là chính Khi nền kinh tế pháttriển cùng với sự bùng nổ về khoa học kỹ thuật thì con người đã biết áp dụng khoahọc công nghệ vào sản xuất để máy móc thay thế dần cho sức lao động Chính vìthế mà các loại hình phân loại sản phẩm cũng phát triển mạnh mẽ

Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trongthực tế hiện nay Dùng sức người, công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và tính lặplại nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc Chưa kể đến

có những phân loại dựa trên các chi tiết kĩ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thểnhận ra Điều đó sẽ ảnh hưởng trự tiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhàsản xuất Vì vậy, hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời là một

sự phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này Tùy vào mức độ phức tạptrong yêu cầu phân loại,các hệ thống phân loại tự động có những quy mô lớn, nhỏkhác nhau Tuy nhiên có một đặc điểm chung là chi phí cho các hệ thống này khálớn, đặc biệt đối với điều kiện của Việt Nam Vì vậy hiện nay đa phần chỉ được ápdụng trong các hệ thống có yêu cầu phân loại phức tạp, còn một lượng rất lớn cácdoanh nghiệp Việt Nam vẫn sử dụng trực tiếp sức lực con người để làm việc Bêncạnh các băng chuyền sản phẩm thì một yêu cầu cao hơn được đặt ra đó là phải có

hệ thống phân loại sản phẩm

1.2 NỘI DUNG LÝ THUYẾT LIÊN QUAN

1.2.1 Sơ đồ khối tổng quát

Hiện nay trong công nghiệp có rất nhiều ứng dụng dùng điện áp một chiều

do những ưu điểm vượt trội của nó Điện áp một chiều được sử dụng trong các máyvận chuyển Trong truyền động máy cắt gọt, trong giao thông đường sắt, ô tô chạyđiện, xe rùa bốc dỡ hàng, trong kỹ thuật điện hóa Động cơ một chiều có mômen

mở máy lớn, điều chỉnh trơn được tốc độ và rất đa dạng trong việc lựa chọn côngsuất

Tuy nhiên việc dùng động cơ điện một chiều có một số hạn chế là dòng điệnmột chiều không sử dụng rộng rãi, chế tạo phức tạp, cồng kềnh Do đó để có đượcdòng điện một chiều ta phải biến đổi từ dòng điện xoay chiều được dùng rộng rãinhờ "nguồn ổn áp một chiều"

Nguồn ổn áp một chiều là một điện biến dòng điện xoay chiều tần số 50Hzthành dòng điện một chiều có điện áp tùy ý dựa vào yêu cầu của phụ tải Điện ápđầu ra có thể giữa cố định trong một khoảng điện áp nào đó nhờ vào tín hiệu xungđiều khiển Tranzitor Mạch ổn áp gồm 4 phần chính sau:

+ Biến áp: Biến đổi điện áp từ lưới điện 220V tần số 150Hz thành điện áp thấp(6V, 9V, 12V, 24V ) phù hợp với đầu vào của bộ chỉnh

lưu bán dẫn

+ Chỉnh lưu: Là bộ biến đổi điện áp xoay chiều ở đầu vào thành điện

áo một chiều ở đầu ra ở độ nhấp nhô phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu

+ Bộ lọc: Là bộ lọc bớt thành phần sóng hài bậc cao của điện áp chỉnh lưu nhằm san phẳng điện áp chỉnh lưu

+ Mạch ổn áp: là mạch để duy trì điện áp tải ở một khỏang nhất định phụ tải thay đổi đột ngột

Sơ đồ tổng quát của mạch cấp nguồn

Biến áp

1.2.3 Cảm biến

Mạch chỉnhlưu

Mạch lọc Mạch ổn áp

- Trong mô hình chúng em lựa chọn cảm biến hồng ngoại LM358 vì : Phát hiện được từ khoảng cách xa

Ít bị hao mòn, có tuổi thọ và độ chính xác, tính ổn định cao Phát hiện nhiều vật thể khác nhau

Thời gian đáp ứng nhanh, có thể điều chỉnh độ nhạy theo ứng dụng Giá thành rẻ

Thông số kỹ thuật:

Model: 14 chân, xuyên lỗ

Điện áp: 3-32V với nguồn đơn, 1.5-16V với nguồn đôi

Dải nhiệt độ hoạt động: 0 ~ 70oC

Độ lợi khuếch đại DC 100dBĐiện áp ngõ ra: 0V đến VCC(+)-1.5V

– IC LM358 có thể hoạt động ở nguồn điện áp thấp 3V hoặc cao lên tới 32V.

Có công suất cực máng thấp, tuy nhiên có độ lợi cao 100dB Cấu tạo bên trong gồm

2 bộ khuếch đại thuật toán, tương thích với nhiều loại mạch logic khác nhau

Hình 2: Cảm biến hồng ngoại LM358

Ngoài ra, chúng em còn sử dụng cảm biến màu sắc TCS3200 để nhận biết

màu sắc Cảm biến màu sắc TCS3200 Color Sensor được sử dụng để nhận biết màu

sắc bằng cách đo phản xạ 3 màu sắc cơ bản từ vật thể là đỏ, xanh lá và xanh dương

từ đó xuất ra tần số xung tương ứng với 3 màu này qua các chân tín hiệu, đo 3 tần sốxung này và qua 1 vài bước chuyển đổi nhất định là bạn sẽ có đươc thông tin củamàu sắc của vật thể cần đo

Thông tin kỹ thuật:

S2, Dùng để lựa chọn kiểu

Điện áp hoạt động từ 2.0 → 3.6V.

Sử dụng thạch anh ngoài từ 4Mhz → 20Mhz

Thạch anh nội dùng dao động RC ở mode 8Mhz hoặc

40Khz Chế độ điện áp thấp

Có các mode: ngủ, ngừng hoạt động hoặc hoạt động ở chế độ chờ

Cấp nguồn ở chân Vbat bằng pin ngoài để dùng bộ RTC và sử dụng dữ liệu được lưu trữ khi mất nguồn cấp chính

Bộ ADC 12 bit với 9 kênh cho mỗi bộ

Khoảng giá trị chuyển đổi từ 0 – 3.6 V

Timer 16 bit hỗ trợ các mode Input Capture/ Output Compare/ PWM.

1 Timer 16 bit hỗ trợ để điều khiển động cơ với các mode bảo vệ ngắtInput, dead-time

Watchdog Timer để bảo vệ và kiểm tra lỗi

1 Systick Timer 24 bit đếm xuống cho hàm Delay,

… Có hỗ trợ 9 kênh giao tiếp:

bộ I2C

bộ USART

2 SPI

1 CAN

USB 2.0 full-speed interface

Kiểm tra lỗi CRC và 96-bit ID

Hình 4: Sơ đồ chip STM32F103C8Tx

Hình 5: Sơ đồ chân STM32

Hình 6: Stm32F103C8Tx

Các thông số kĩ thuật:

Tại sao nhóm lựa chọn STM32F103C6T8?

 Kit có sẵn, đầy đủ chức năng, giá cả khá rẻ so với sinh viên

 Cộng đồng support lớn

 Công cụ lập trình đa dạng: có khá nhiều trình biên dịch cho STM32 như IAREmbedded Workbench, KeilC…

 Phần mềm hỗ trợ cấu hình cho chip như CubeMX …

 Thư viện lập trình đa dạng: có nhiều loại thư viện lập trình cho STM32 như: STM32Cube HAL, Standard Peripheral Libraries, Mbed core

 Ứng dụng vào rất nhiều dự án thực tế, sản phẩm trên thị trường

Giá thành rẻ phù hợp với sinh viên

- Các chi tiết in 3D chắc chắn và chính xác tạo độ ổn định cho băng tải

- Sử dụng nhôm định hình 20x20 cùng với ốc tán nhóm định hình.

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ……….

2.1 PHÂN TÍCH YÊU CẦU BÀI TOÁN2.1.1 Mục tiêu thiết kế

 Đối tượng sản phẩm di chuyển đều trên một băng truyền, gạt sản phẩm

đã phân loại đúng theo màu sắc, chiều cao vào vị trí được quy định trước;

 Hiển thị tổng số lượng sản phẩm, số lượng sản phẩm đã phân loại của từng loại

 Thực hiện được việc nhận dạng, phân loại sản phẩm;

 Lập trình phần mềm cho bộ điều khiển Cho phép lựa chọn phân loạisản phẩm theo màu sắc hoặc theo chiều cao và thực hiện được chu trình phân loại đúngđối với mỗi lựa chọn

2.1.2 Điều kiện ràng buộc của thiết kế

o Các loại động cơ, bộ điều khiển động cơ phù hợp với thiết kế cơ khí

o Nghiên cứu, tính toán và lựa chọn sử dụng các loại linh kiện, thiết bị hiểnthị phù hợp

o Nghiên cứu, tính toán và lựa chọn sử dụng các loại bộ điều khiển phù hợpvới thiết kế cơ khí để giúp hệ thống thực hiện các nhiệm vụ

o Thiết kế phải giúp chương trình chạy đúng, chạy đủ

2.1.3 Thông số kỹ thuậtTrọng lượng: <100 kg

Tốc độ di chuyển của băng truyền: 1-10cm/s

Xác suất tự động phân loại thành công: 90%

Sai số đếm số lượng sản phẩm: ±5%

2.1.4 Tiêu chí đánh giá sản phẩmSản phẩm phải chạy đúng các tính năng, sai số ở mức ±5% :

1 Tự đông phân loại từng sản phẩm theo 2 màu sắc hoặc 2 mức chiều cao khác nhau vào các vị trí được xác định trước

2 Tự động đếm tổng số sản phẩm, số lượng sản phẩm từng loại

3 Hiển thị ra thiết bị hiển thị phù hợp

Đặc trưng của PLC hoạt động trong môi trường khắc nghiệt côngnghiệp, yếu tố bền vững thích nghi, độ tin cậy cao, tỉ lệ hư hỏng rấtthấp, thay thế và hiệu chỉnh chương trình dễ dàng, khả năng nâng cấpcác thiết bị ngoại vi hay giao tiếp được với các thiết bị thông minhkhác như: máy tính, nối mạng, các module mở rộng tốt.

Từ các ưu điểm trên, hiện nay PLC đã được ứng dụng trong rất nhiềulĩnh vực khác nhau trong công nghiệp như:

 Khả năng thay đổi mã có thể thực hiện được.

 Hệ thống đơn giản hơn, kích thước nhỏ Hơn nữa sẽ giảm được độ kém ổn định do nhiều linh kiện gây ra

 Có thể thay đổi, thêm chức năng bằng cách thây đổi phần mềm Ngày nay VXL được ứng dụng rất nhiều trong cuộc sống của con người Cũng bởi những điều

kể trên nên đối với đồ án này, chúng em quyết định chọn sử dụng Vi xử Lý

STM32F103C6T8 làm phương án điều khiển

2.2 THIẾT KẾ CHI TIẾT

2.2.1 Các thành phần cơ bản :

- Gồm 3 thành phần cơ bản chính :

Thành phần vận chuyểnGồm băng chuyền và cần gạt với mục đích vận chuyển đồ vật đến các cảm biến đặc điểm để phân loại sản phẩm

Thành phần cảm biến đặc điểm đồ vậtGồm cảm biến hồng ngoại và cảm biến màu sắc với mục đích phân loại chiều cao và màu sắc

Thành phần hiển thị Gồm LCD hiển thị số sản phẩm2.2.2 Thiết kế từng thành phần

Với băng chuyền :Sử dụng chỉnh ap để giảm từ 220V xuống12V cấp điện vào động cơ tác động vào con lăn Khi con lăn