Thiết kế và chế tạo máy bán lon nước giải khát tự động

Em xin chân thành cám ơn: Sự chỉ bảo và góp ý của Quý thầy cô trong Khoa Cơ Khí Tự Động đặc biệt là các thầy cô ở Bộ môn Cơ điện tử của trường Bách Khoa đã tạo mọi điều kiện thuận lợi c

Trang 1

LUAN AN TOT NGHIEP DAI HOC

CHUYEN NGANH: CO TIN- KY THUAT

CBHD: TS NGUYEN BUC THANH

SVTH: LÊ QUỐC NHÂN MSSV:1010609

TPHCM Tháng 1/2007

Trang 2

TruGng ĐHDL Kỹ Thuật Công Nghệ Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

PHIẾU ĐÁNH GÍA LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP

(Dành cho GVHD)

2- Đề tài :Máy Bán Lon Nước Giải Khát Tự Động

3- Họ Tên người hướng dẫn: TS Nguyễn Đức Thành

4- Tổng quát bản thuyết minh:

Số trang:

Số bảng số liệu:

Số tài liệu tham khảo:

Mô hình Aha Paar Le ok Tử, động

Trang 3

LVIN: MBH TU DONG GVHD:TS NGUYEN DUC THANH

LOI CAM ON

Luận văn này đã được hoàn thành theo đúng thời gian quy định của

nhà trường cũng như của Khoa Cơ Khí Tự Động Việc đạt được kết quá

như trên không chỉ là sự nỗ lực của nhóm em mà còn sự giúp đỡ, chỉ

bảo của thầy hướng dẫn, cửa quý thây cô và các bạn sinh viên

Em xin chân thành cám ơn:

Sự chỉ bảo và góp ý của Quý thầy cô trong Khoa Cơ Khí Tự Động

đặc biệt là các thầy cô ở Bộ môn Cơ điện tử của trường Bách Khoa đã

tạo mọi điều kiện thuận lợi cho nhóm chúng em hoàn thành luận văn

sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của Thầy hướng dẫn Ts Nguyễn Đức

Thành trong quá trình làm luận văn

Xin cám ơn các bạn sinh viên cùng khóa đã giúp đỡ chúng tôi về

nhiều mặt: như phương tiện, sách vở, ý kiến

Trang 4

LVTN: MBH TU PONG GVHD:TS NGUYEN BUC THANH

MUC LUC

Chương 1: Tổng Quan Về Máy Bán Lon Nước Giải Khát Tự Động 2

1.1 Tổng Quan 2: tt 2E EEEEESE11571211112221121112x22-22

1.2 Lịch Sử Máy Bán Hàng Tự Động 2 se sec ve rcvy

1.3 Một Số Máy Bán Hàng Trên Thị Trường

2.1.3 Khảo sát từ tính của vật liệu kim loại 11 2.1.4 Các phương pháp nhận dạng bể dày và nhận dạng vật

liệu(phương pháp cảm ứng điện từ ) cccccccc<sa 15

2.2 Phương Pháp Lựa Chọn

2.2.1 Yêu cầu thiết kế và phương pháp lựa chọn

2.2.2 Ưng dụng phương pháp cảm ứng điện từ trong nhận

Chương 3: Giới Thiệu Về Vi Điểu Khiển AT89C51 c5cc¿ 23

3.1 Giới Thiệu Vi Điểu Khiển At89c51 cscccrscecey 23

3.1.1.Giới thiệu AT89CS51 -7S-cxrerkrrerrerrx 24

3.1.2.Những đặc trưng của AT89C51 ccscc 25

3.3 Các Bank Thanh Ghi

Chương 4:Giới Thiệu ADC0809

Trang 5

4.6 Tín Hiệu Tham Chiếu VT s2 + s vs ke rekerereecrse 36

4.7 Tín Hiệu Điều Khiển ccvsc2ttit tt ccrrrerrrkrrrrrree 36

Chương 5:Giới Thiệu Mô Hình Máy .- - Ă5SS S2 Sư, 37

bì (.dadiD 37

5.2 Mô Hình - SH HH TK kg 38

5.2.1 Hình dạng máy bán hàng tự động được thiết kế, 38

5.2.2.Các khối chức năng cấu tạo máy .- - 39 5.2.3 Sơ đô khối chức năng hoạt động của máy bán hàng tự

5.3.3 Cầm biến nhận dạng tiền kim loại 42

5,5 Khối Thối Tiển Kim Loại . - 2 2 +sxsxckzevsrcrx 48

5.6 Phương Thức Điều KhiỂn Gv ca xe ksereceree 49

Chương 6: Cơ Cấu Giải Thuật - Chương Trình Vi Xử Lý 52

6.1 Giải Thuật Điều Khiển G- St net rvrrererevee 52

6.2 SO DE KDGE oo eccceccsescsesesssssccscevsesssvscssescsecececerstsesavavevsnens 33

6.3 Chương Trình Chính - -:- ccx xxx rrrerxee 57

7,1, Kết Luận - -.Ă.kS SH S1122151131311151511112221111101 8611 xe5 68

PHỤ LỤC 1: Máy Bán Hàng Tự Động -Ặ2-SS2seSSreeei 69

Tài Liệu Tham Khảo . - cc 23 21212311 SH TH HH Ha 74

LUU VI PHU MSSV: 10106099

Trang 6

TOM TAT

Ngày nay, chúng ta đang sống trong thời đại mà mọi việc đều phải diễn

ra một cách nhanh chóng, tuy nhiên vẫn bảo đảm được hiệu quả Đây là tiền

dé để máy bán hàng tự động ra đời nhằm phục vụ cuộc sống chúng ta

Nhu câu về các loại nước giải khát hiện nay rất lớn trong xã hội, nhằm

phục nhu cầu văn minh đô thị hiện đại, xoá các quán cóc quanh các nơi công

cộng mà không ảnh hưởng đến các nhu cầu của người dân Chính vì vậy, máy

bán hàng tự động ra đời sẽ đáp ứng phần nào nhu cầu phục vụ ngày càng cao,

mọi lúc mọi nơi của mọi người dân

Máy vận hành bằng cách đưa một đồng tiển kim loại do Ngân Hàng

Nhà Nước Việt Nam phát hành vào khe nạp tiền của máy Sau khi đồng xu

qua hệ thống cố định dạng phân biệt tiền của máy, sản phẩm sẽ được máy đưa

ra ngoài cho người mua Cả quá trình này xảy ra rất nhanh(chưa hết một phút)

Nếu đồng tiền kim loại đưa vào máy có giá trị cao hơn giá bán một sản

phẩm thì máy sẽ tự động trả lại tiền dư cho người mua

Còn ngược lại giá trị đồng tiền kim loại đưa vào có giá trị thấp hơn giá

bán của một sản phẩm máy sẽ báo tín hiệu để người mua thêm tiền vào máy,

nếu đủ thì máy sẽ đẩy sản phẩm ra ngoài theo điều kiện bằng

Trong trường hợp máy trong tình trạng không còn sản phẩm máy sẽ

hiển thị dòng chữ máy hết phục vụ trên LCD đã được lập trình sẵn Khi

người sử dụng đưa tiền vào mua hàng thì máy sẽ tự động trả tiển lại đủ số

tiền người sử dụng máy vừa đưa vào

Trang 7

LVTN: MBH TU DONG GVHD:TS NGUYEN DUC THANH

Ngày nay chúng ta đang sống trong một thời đại mà mọi việc đều đòi

hỏi phải diễn ra một cách nhanh chóng và tất cả đều phải theo tiễn kim loại

hướng tự động hóa vì vậy thì sẽ nhanh chóng hơn, tiện nghỉ hơn, và hiệu quả

hơn

Ở một số nước phát triển việc mua bán những sản phẩm công cộng

không cần sự hiện diện của người bán, người mua chỉ cần bỏ các đồng xu vào

những máy bán hàng tự động được đặt tại những nơi đó, ví dụ tại các ga tau

điện ngầm bạn không cần phải đợi người bán đến mở cửa phòng bán vé để

bán vé cho bạn có thể có vé bằng cách bạn bỏ những đồng xu của nước đó

vào các máy bán vé tự động được đặt tại các nơi đó Thật đơn giản và tiết

kiệm đựơc nhiều hiệu quả rất cao, hiện nay chúng ta chưa nhận thấy tầm quan

trọng của điểu này nhưng sẽ có nhiều lợi ích từ việc sử dụng những máy bán

hàng tự động Sẽ tiện ích như thế nào khi ta có thể mua một lon nước ngọt tại

những máy bán nước ngọt tự động đặt tại các trạm xe buýt trong lúc đợi xe

buýt đến? Hay mua một tạp chí tại các máy bán hàng tự động đặt ở dọc đường

khi trên đường đi công sở làm việc Là sinh viên phải thức khuya để hoàn

thành công việc,việc học cũng như các việc làm thêm sẽ tiện ích biết bao khi

có thể mua những ly cafe hay những tô mì nóng Như vậy với máy tự động sẽ

giúp chúng ta tiết kiệm hơn, cho cuộc sống chúng ta tiện nghi hơn, thuận lợi

hơn

Các máy bán hàng tự động ngày nay đã áp dụng các công nghệ tự động

phát triển nên ngoài việc bán hàng bằng các đồng xu do các nuớc mình phát

hành còn dùng các thẻ tín dụng

Máy bán hàng tự động các sản phẩm thực phẩm cho người tiêu dùng

các sản phẩm sạch hơn Vệ sinh hơn vì điểu kiện bảo quản tốt hơn hay chúng

đã được vô trùng trước khi đến tay người sử dụng, nói cách khác sẽ không có

ô nhiễm và những vi khuẩn truyền từ tay người

Bên cạnh những tiện ích của máy bán hàng tự động thì các sản phẩm sẽ

được mua một cách nhanh chóng hơn và như vậy sẽ kích thích việc tiêu dùng

phát triển thúc đẩy sản xuất lên

Với những tiện ích trên cho thấy máy bán hàng tự động nếu được sử

dụng rộng rãi, thì rất tiện lợi cho người dân nhưng các máy bán hàng từ nước

Trang 8

LVTN: MBH TU DONG GVHD:TS NGUYEN ĐỨC THÀNH

ngoài thì giá thành rất cao và không phù hợp với tiễn tệ nước ta Đề tài này

hướng tới việc nghiên cứu chế tạo máy bán hàng tự động mà có thể sản xuất

với giá rẻ do tận dụng các nguyên liệu có sẵn ở thị trường trong nước Từ đó

hướng tới việc sản xuất các máy bán hàng tự động cho các loại sắn phẩm

khác

1.2, Lịch Sử Máy Bán Hàng Tự Động:

ilình I.1 May ban hang tự động có

Theo sự mô tả của vị anh hùng Alexander trong cuốn sách của ông

“Pneumatic” chính người Huy Lạp cổ phát minh ra máy bán hàng tự động

hoạt động bằng tiền kim loại, đó chính là một cái bình, khi người ta bỏ tiển

kim loại vào, nó sẽ bán nước thánh ra

“mE

Tuy nhiên, loại máy này không được phố biến lắm cho đến những năm

1880, lúc này , bàng loạt các sáng chế hệ thống nhận dạng cơ khí cho phép

Trang 9

LVTN: MBH TỰ ĐỘNG GVHD:TS NGUYEN BUC THANH

phân biét tién kim loại thật với giả ra đời Từ đó mở đường cho hàng loạt

chủng loại máy bán hàng tự động ra đời

Máy bán hàng tự động dùng tiền kim loại thương mại đầu tiên được giới

thiệu tại London, Anh vào đầu những năm 1880 Những máy này được dùng

để bán bưu thiếp Cũng trong khoảng thời gian đó, Richard Carlisle chủ nhà

sách, đồng thời là phát hành sách người Anh phát minh ra một máy bán hàng

tự động dùng để bán sách Năm 1888, công ty Thomas Adams Gum giới thiệu

máy bán hàng đầu tiên tại Mĩ Những máy này dude dat tai cdc sn ga tau

điện ngầm thành phố New York và bán kẹo Chewing gum Tutti Futti Năm

1897, công ty sản xuất Pulver thêm vào các máy ban hang chewing gum của

mình các hình ảnh hoạt hình để thu hút khách hàng Sau đó, loại kẹo hình tròn

có bọc chewing gum và máy bán hàng tự động loại kẹo này được giới thiệu

vào năm 1907

Hình 1.2 May ban ha ng

tư đông thế kỉ 18

Máy bán hàng nhanh chóng thay đổi và bán rất nhiều loại hàng: xì gà,

bưu thiếp, tem, Tại Philladelphia, một nhà hàng hoạt động hoàn toàn bằng

tiễn kim loại ra đời vào năm 1902 với tên gọi Horn & Hardart Nhà hàng này

mở cửa hoạt động cho đến năm 1962 thì đóng cửa

Trang 10

LVTN: MBH TU DONG GVHD:TS NGUYEN BUC THANH

1.3 Một Số Máy Bán Hàng Trên Thị Trường:

THỉnh 1⁄4 Máy bần sản Hình 1.5 Máy bán nước

phẩm chăm sóc xe bưi ngợi

Trang 11

1.4 Tiền Kim Loại Việt Nam:

Từ năm 2003 cùng với sự phát hành một số đồng tiền mới, đồng tiền

kim loại Việt Nam với các mệnh giá 200 đồng, 500 đồng, 1000 đồng, 2000

đồng, 5000 đồng, đã được đưa vào sử dụng So với việc sử dụng tiễn giấy để

mua bán thông thường tiển xu không thật sự tiện lợi Tuy nhiên, để tạo ra sự

phát triển dịch vụ công cộng thì tiễn xu là một giải pháp tốt cho việc thiết kế

máy bán hàng tự động Điều quan trọng là phải đánh giá ding gia tri tién xu,

tránh trường hợp giả mạo gây ảnh hưởng cho các công ty bán máy hàng tự

động Sau đây là bản đặc tính mệnh giá các đồng tiền kim loại được cung cấp

bởi ngân hàng nhà nước Việt Nam

-Mặt trước: hình Quốc Huy

-Mặt sau: dòng chữ “NGÂN HÀNG NHÀ NƯỚC VIỆT NAM”, số

Trang 12

- _ Vành đồng tiễn: khía răng cưa ngắt quãng 12 đoạn

- Mặt sau: dòng chữ “NGÂN HÀNG NHÀ NƯỚC VIỆT NAM”, số

Trang 13

LVTN: MBH TU DONG GVHD:TS NGUYỄN ĐỨC THÀNH

Vật liệu: mép mạ đồng thau

Vành đồng tiên: khía răng cưa liên tục

Mặt trước :hình Quốc Huy

Mặt sau: dòng chữ “NGÂN HÀNG NHÀ NƯỚC VIỆT NAM”, số

mệnh giá 1 000 đồng hình Thuỷ Đình,Đền Đô

Vành đồng tiền: khía răng cưa ngắt quãng 6 đoạn

Mặt trước: hình Quốc Huy

mệnh giá 500 đồng chỉ tiết hoa văn dân tộc

Trang 14

Mặt trước :hình Quốc Huy

mệnh giá 200 đồng chỉ tiết hoa văn dân tộc

SVTH: LÊ QUỐC NHÂN MSSV: 10106093 9

LƯU VĨ PHÚ MSSV: 10106099

Trang 15

CHUONG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG XU

Có thể nói, trong các đại lượng của các đồng tiễn kim loại thì đại lượng

đặc trưng của một đồng xu thì đường kính là đại lượng đo tương đối dễ dàng

Đại lượng này có thể được đo tiếp xúc bằng cách biến đổi đại lượng vật lí

thành đại lượng điện thông qua biến trở con chạy

Hình 2.1 Nhận dạng đồng xu bằng đường kính

Ngoài ra còn có thể đo đường kính bằng cảm biến quang Ví dụ, ta có thể

dùng cặp thu phát là leđ hồng ngoại

2.1.2 Đo Khối Lượng:

Để đo khối lượng đồng xu, ta có thể dùng loadcell Tuy nhiên, do khối

lượng của xu nhỏ, độ sai lệch của các xu nhỏ (sai lệch lớn nhất là 3.7g), vì vậy

ta phải dùng loadcell có độ nhạy lớn, đồng thời kết hợp với mạch khuếch đại

có hệ số khuếch đại lớn

Trang 16

xu phải ở trạng thái tĩnh khi đo

2.1.3 Khảo Sát Từ Tính Của Vật Liệu Kim Loại:

2.1.3.1 Các Vecto Trường:

Từ trường ngoài thường được biểu diễn bằng H và gọi là cường độ từ

trường Từ trường sinh ra trong một ống dây hình trụ (solenơid), gêm N vòng

dây quấn khít nhau với chiều dài I, và tải một dòng điện cường độ tính bằng:

pe

L

Từ trường do vòng dây điện và thanh nam châm sinh ra như hình sau là

H Đơn vị đo H là ampe — vòng/met hoặc A/m

Cảm ứng từ hay mật độ từ thông B, biểu hiện từ trường bên trong chất

chịu tác dụng của trường H Don vị đo của B là Tesla ( tức là Weber trên mét

vuông (Wb/m”) Cả B và H đều là những vecto trường đặc trưng bởi độ lớn và

chiều trong không gian của trường

Cường độ từ trường và mật độ từ thông có quan hệ theo biểu thức sau:

B=uH

dụng Đại lượng B được đo như hình minh họa sau

Độ thẩm từ được do bing weber trén ampe —mét (Wb/A.m) hay 1a Henry

Trang 17

Trong đó: uọ - độ thẩm từ của chân không, một hằng số vũ trụ có giá trị

là 4z107(257105)⁄

Trong đó : Bạ- Mật độ thẩm từ tương đối không có thứ nguyên

Có nhiều thông số mô tả tính chất từ của vật rắn, ví dụ, tỷ số giữa độ

thẩm từ trong vật liệu và độ thẩm từ trong chân không:

Độ thẩm từ hoặc độ thẩm từ tương đối của vật liệu là số đo mức độ từ hoá

vật liệu hoặc khả năng mà trường B được cảm ứng trong vật liệu khi có từ

trường ngoài H

Vector từ hoá ( từ độ) của vật rắn được xác định theo biểu thức:

By = LH + AM

Khi ở trong từ trường H, các moment từ của vật liệu định hướng theo từ

trường đó và tăng cường nó bằng chính từ trường riêng của chúng

Số hạng z4 trong biểu thức trên chính là thành phần đóng góp đó

Độ lớn của M tỷ lệ với trường đặt vào là: A =x„17

Và z„ được gọi là độ từ hóa ( hệ số từ hoá ) không có thứ nguyên Hệ số

từ hoá vào tương đối liên hệ nhau theo: z„ = ¿„ —I

LƯU VĨ PHÚ MSSV: 10106099

Trang 18

LVTN: MBH TU BONG

phé bién

GVHD:TS NGUYEN DUC THANH

Các đơn vị từ rất dễ bị nhâm lẫn, bởi thực tế có 2 hệ thống được sử dụng

Một là SI( rationalized MKS {meter — kilogram- second}), hệ kia là

CGS-EMU(centimeter- gram — second-electromagnetic unit), Cac don vi

trong 2 hệ đó và hệ số chuyển đổi trong bảng sau

Trang 19

2.1.3.2 Tính Nghịch Từ Và Thuận Từ:

Nghịch từ là một dạng rất yếu của từ tính, không vĩnh cửu và chỉ tổn tại

khi có một mối trường ngoài tác động Trường cảm sinh ra khi có sự thay đổi

chuyển động quỹ đạo của điện từ bên ngoài

Moment từ có trị số rất nhỏ và hướng ngược chiểu nhau với từ trường

ngoài Như vậy độ thẩm từ tương đối u,nhỏ hơn một (chỉ rất ít thôi) và độ từ

háo là âm Nghĩa là cường độ của từ trường B vật rắn nghịch từ vào khoảng -

10 ” khi đặt vào giữa hai cực của một nam châm điện, các vật liệu nghịch từ

sẽ bị hút về phía những khu vực từ trường yếu

Hình sau đây minh hoạ cấu hình các lưỡng cực từ nguyên tử của vật liệu

nghịch từ khi có và không có từ trường ngoài Ở đây, các moment chi biéu thi

các moment điện từ Sự phụ thuộc của B vào từ trường ngoài H đối với vật

liệu nghịch từ biểu hiện ở hình bên

sát được khi không có các đạng từ tính khác, do đó chúng ít có nghĩa thực tế

Trang 20

Vật liệu Hệ số từ hoá | Vật liệu Hệ số từ hoá

Nhôm ôxyt | -1,81*107 Nhôm 2,07*10°

Vang -3,44*107 Crôm clorua 1,51*10°

Trong nhiều vật, mỗi nguyên tử có một moment lưỡng cực vĩnh cửu do

kết quả triệt tiêu lẫn nhau không hoàn toàn cửa các moment từ spin và các

moment từ quỹ đạo Khi không có từ trường ngoài, các moment từ nguyên tử

nảy định hướng hỗn loạn, do đó vật liệu sẽ không có vector từ hoá vĩ mô

riêng Khi có từ trường ngoài, các lưỡng cực nguyên tử này quay tự do và tính

thuận từ chỉ thể hiện khi sự quay này tạo ra một định hướng ưu tiên nào đó

như hình trên Kết quả làm tăng từ trường ngoài, gây ra độ thẩm từ tương đối

w; lớn hơn 1 và do đó từ hoá tương đối nhỏ nhưng dương

Cả hai chất thuận từ và nghịch từ điểu được coi là vật liệu không có từ

tính, bởi vì chúng chỉ bị từ hoá khi có một từ trường ngoài Mật độ từ thông

trong chúng hầu như giống nhau trong chân không

2.1.4 Các Phương Pháp Nhận Dạng Bể Dày Và Nhận Dang Vat

Liệu(phương pháp cảm ứng điện từ ):

Trên thế giới đã có nhiễu phương pháp khác nhau để cho phép xác định

và đánh giá tính chất vật liệu của kim loại phương pháp sử dụng sóng siêu

âm, tia X, phương pháp điện từ mỗi phương pháp được nghiên cứu và phát

triển dựa trên các nền tảng vật liệu khác nhau

Phương pháp điện từ được sử dụng rộng rãi đối với các vật dẫn, vật liệu từ

tính và không từ tính Phương pháp này được nhà nguyên cứu phát triển trên

nền tảng lý thuyết về dòng điện foucaul và được ứng dụng ngày càng rộng

Trang 21

LVTN: MBH TỰ ĐỘNG GVHD:TS NGUYÊN ĐỨC THÀNH

trong các vĩnh vực của cuộc sống: ngành công nghiệp hạt nhân, ngành hàng

không vũ trụ, ngành luyện kim

Mặc dù nguyên lý hoạt động tương đối đơn giản nhưng việc thực hiện

phương pháp này gặp rất nhiều khó khăn, đó là sự phức tạp trong việc khảo

sát các hiện tượng điện từ(được thành lập bởi hệ phương trinh Maxwell)

Những ảnh hưởng này phụ thuộc vào các thông số vật lí cũng như cấu trúc

hình học của vật liệu, trạng thái đồng chất của vật liệu kiểm tra ngoài ra còn

ảnh hưởng nhiễu của cảm biến và thiết bị đo

Có nhiều phương pháp điện từ khác nhau cho phép đánh giá các đại

lượng vật lí của kim loại, được nghiên cứu và phát triển bởi nhiễu tác giả khác

nhau Các đại lượng vật lí cần xác định cũng như các đại lượng trung gian cho

phép ta đánh giá tính chất của kim loại Tuy nhiên các phương pháp này vẫn

dựa trên những nguyên lý cơ bản sau:

Phương pháp ảo không tiếp xúc

Nguyên lý đo: Cảm biến bao gồm các cuộn dây phát và cuộn dây thu

Các cuộn dây phát, tạo ra các trường điện từ biến thiên, sinh ra trong bản kim

loại cần kiểm tra dòng điện cảm ứng Các cuộn dây phát được cung cấp các

dòng xoay chiều, tần số khoảng 100Hz +1MHz các cuộn dây thu có nhiệm vụ

cảm nhận sự thay đổi của trường điện từ thấp so với trường điện từ cao Sự

thay đổi của trường điện từ này cho phép ta đánh giá được các thông số vật lí

và hình học của tấm kim loại cần kiểm tra

2.1.4.1 Phương Pháp Điện Từ Phát Triển Bởi Oak Rigide National

Laboratory:

Phương pháp này cho phép đo bể dày của bảng kim loại hay bể đầy của

một lớp mạ kim loại Cảm biến sử dụng 2 cuộn dây mắc đồng trục Cuộn dây

phát lớn nhất và được đặt ở ngoài cùng Cuộn dây nhỏ hơn giống nhau được

mắc theo mode vi sai và được đặt bên trong Cảm biến được đặt phía trên của

bản kim loại cần kiểm tra và được bố trí như hình vẽ

Cuộn dây Cuộn dây

Hình 2.5 : Phương pháp đo bề đầy phát triển

bdi Oak Rigide National Laboratory

Trang 22

Khi bản kim loại được đặt trước cảm biến, trường điện từ gây ra bởi cuộn

dây phát sẽ thay đổi so với khi không có tấm kim loại Sự thay đổi này sẽ

được đo bởi cuộn dây thu Thực tế, khi đặt trong không khí, điện áp cảm ứng

cuộn dây thu triệt tiêu nhau Khi có bản kim loại, nó sẽ tạo ra một trường điện

từ phản hổi tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa bản kim loại và cảm biến Kết

quả là điện áp cảm ứng tổng trên cuôn dây thu khác không Điện áp cảm ứng

này được xem như một đại lượng vật lý trung gian cho phép đánh giá bể dày

của bản kim loại

Khuyết điểm của phương pháp: ảnh hưởng bởi hiện tượng li -off,

khoảng cách giữa bản lim loại và cảm biến Vì vậy yêu cầu của phương pháp

là khoảng cách giữa bản kim loại cần đo bể đày và cảm biến cần phải giữ cố

định

2.1.4.2 Phuong Phap A-O (Adding — opposing):

Phương pháp A-O cho phép xác định đồng thời điện trở xuất (resistivity)

và độ từ thẩm(permeability) Cảm biến đo gồm hai cuộn dây giống nhau,

mắc nối tiếp, đặt đồng trục ở hai phía của bản kim loại cần kiểm ra Trở

kháng tổng của hai cuộn đây được xác định trong hai trường hợp : khi có dòng

điện đi qua cùng chiều và khi có dòng điện đi qua ngược chiểu nhau Hiệu số

của trở kháng tổng ^ Z của hai trường hợp được sử dụng như đại lượng vật lý

trung gian cho phép đánh giá điện trở xuất và độ thẩm từ của bản kim loại

Trong phương pháp A-O, về nguyên lý luôn tổn tại một tần số tối ưu f„,

ở đó ta có thể đạt được độ chính xác là cao nhất Tần số này tỉ lệ thuận điện

trở xuất P và tỉ lệ nghịch với bề dày của bẩn kim loại

% Lí thuyết:

Cấu tạo cảm biến được cấu tạo như hình 2.5 Các cuộn đây được đặt

đồng trục ở hai bên của bản kim loại Trục hai cuộn dây vuông góc với mặt

bản kim loại

Chọn hệ trục toa độ có gốc đặt tại tâm như hình vẽ, cách đều hai cuộn

dây

Các thông số của cuộn dây được mô tả trên hình: đường kính trong œŒ, bể

day e, chiéu cao h = z, — 2, s6 vong day N

Điện trổ suất, độ từ thẩm tương đối, bể dày của kim loại được kí hiệu bởi

Đ.H, -

Chiều rộng và chiều đài của bản kim loại được xem là rất lớn Mặt trên

và mặt dưới của bản kim loại tương ứng với toạ độ trên trục z là z = tr và z =

th

LUU Vi PHU MSSV: 10106099

Trang 23

Hình 2.6: Hình dạng và kích thước cuộn dây (phương pháp A-O)

Trở kháng tổng của cảm biến được xác định bởi biểu thức:

Trong đó u là tân số dao động, Họ là độ thẩm từ trong chân không, Ệ là

đại lượng chuyển đổi Hankel

Dấu + và dấu -~ tương ứng với trường hợp dòng điện trong hai cuộn dây là

cùng chiều hay ngược chiều nhau Hiệu trở kháng tổng cộng trong hai trường

hợp A7 được xác định bởi biểu thức:

Trang 24

Đặc tuyến AX = f(AR) được thể hiện như hình 2.6

Quan sát trên cho ta thấy rằng: với giá trị p > 2.10 Om

Các đường đặc tuyến tương đối gần nhau mặc dù có sự thay đổi lớn của từ

thẩm tương đối của vật liệu Hạ vi vậy tại vùng này, không cho phép ta xác

định đồng thời hai giá trị p và Hạ vì vậy tại vùng này, không cho phép ta xác

định Hay nói cách khác tại đỉnh của đô thị, tương ứng với các giá trị cực đại

của AR ,được xem như là giới hạn về độ chính xác của phương pháp này

Với Ð max là giá trị cực đại của p mà tại đó giá trị của AR dat giá trị cực

đại Việc khảo sát cho ta thấy rằng: với 1 cảm biến xác định, giá trị này biến

đổi thco t và f, nhưng tỉ số C= p max / f, là hằng số Ví dụ đối với cảm biến

được sử dụng trong hình thì C = 1.57*10,

Thông sẽ cẩm biển

a“=4 mai h=403 aưn e= 1.67? om

Độ chính xác cao nhất khi xác định p và H; có thể được đảm bảo khi

p2 Ð max :

Trang 25

2.2 Phương Pháp Lựa Chon:

2.2.1 Yêu Cầu Thiết Kế Và Phương Pháp Lựa Chọn:

Để đánh giá và lựa chọn phương pháp nhận dạng xu phù hợp, chúng ta

cân phải xem xét những yếu tố cần có của một máy bán hàng tự động trong

thực tế

Việc nhận dạng đồng xu phải chính xác

Thời gian nhận dạng phải nhanh

Từ những yêu cầu trên, chúng ta thấy rằng phương pháp nhận dạng xu

thông qua 3 thông số: bể dày, vật liệu và kích thứơc Trong đó, ta dùng

phương pháp cảm ứng điện từ để đo bể dày và vật liệu; dùng cảm biến hồng

ngoại đó đường kính Với cách xác định xu như trên thì sẽ cố những ưu điểm

sau:

Thời gian xác định nhanh

Tránh được tiếp xúc cơ khí không cần thiết có thể ảnh hưởng đến kết

quả đó, ảnh hưởng đến tuổi thọ của cơ cấu nhận dạng xu, nhất là những va

chạm cơ khí có thể xảy ra hỏng hóc

2.2.2 Ứng Dụng Phương Pháp Cảm Ứng Điện Từ Trong Nhận Dạng

Tiền Xu( tiền kim loại ):

+» Ý Tưởng Phương Pháp:

Từ phương pháp đo bề dày của Oak Rigide Natonal Laboratory, chúng

em thấy rằng có thể cải tiến để có thể tạo thành cảm biến nhận dạng xu, dựa

vào nguyên lí đo bể đày và tính chất của vật liệu cấu tạo xu

Để tránh hiện tượng Lift - off dẫn đến việc nhận dạng, chúng em chọn

cách bố trí các cuộn dây như hình 2.8

Trang 26

đồng xu cần nhận dạng

Khi một đồng xu kửn loại đặt vào từ trường thì sẽ xảy ra 2 trường hợp:

Nếu vật mẫu bỏ vào có cấu tạo vật liệu kim loại có từ tính ( nghịch từ,

thuận từ ) thì vật liệu sẽ bị từ hoá, và sẽ tạo ra một từ trường riêng cùng chiểu

(thuận từ) hoặc ngược chiều (nghịch từ) với từ trường ngoài

Khi đó từ trường sẽ xâm nhập vào đổng xu và tạo nên dòng điện

Foucault trong nó Tuỳ thuộc vào dạng vật liệu, hình dạng, bể dày của đồng

xu mà dòng điện Foucault này sinh ra từ trường chống lại Từ thông này có

thể đo được

SVTH: LÊ QUỐC NHÂN — MSSV: 10106093

21

Trang 27

“* Nguyên Lí Hoạt Động:

Cảm biến gồm 2 cuộn dây: cuộn thứ cấp H2, cuộn sơ cấp HI, 2 cuộn

này giống nhau và được bố trí như hình vẽ

Cho cuộn dây xoay chiểu chạy qua hai cuộn dây HI khi đó từ thông sinh ra bởi cuộn đây HI sẽ sinh ra dòng điện foucault JI trong đồng xu mẫu Tuỳ thuộc vào vật liệu, bể dày của đồng xu mà dòng foucault này sinh từ

thông ØI từ thông Ø1sẽ gây ra điện áp e1 trên cuộn dây thứ cấp H2 Điên áp

el này mang đặc tính và thông số của đồng xu

Trang 28

GIGI THIEU VE VI DIEU KHIEN AT89C51

3.1 Gidi thiéu vi diéu khién AT89C51:

MCS-51 là một họ IC vi điều khiển do Intel phát triển và sản xuất Một

số nhà sản xuất được phép cung cấp các IC tương thích với các sản phẩm

MCS-51™ cia Intel là Siemens, Advanced Micro Devices, Fujitsu, Philips,

Atmel

Các IC của họ MCS-51 có các đặc trưng chung như sau:

° Giao tiếp nối tiếp

° Một bộ xử lý luận lý (thao tác trên các bit đơn)

Ngoài ra, tùy theo số hiệu sản xuất mà chúng có những khác biệt về bộ

nhớ và bộ định thời/bộ đếm như trong bảng so sánh đưới đây:

Số hiệu sản Bộ nhớ chương | Bộ nhớ đữ liệu | Số bộ định thời

Trang 29

AT89C51 14 mét Microcomputer 8 bit, loai CMOS, cé tốc độ cao và

công suất thấp với bộ nhớ Flash có thể lập trình được Nó được sản xuất với

công nghệ bộ nhớ không bay hơi mật độ cao của hãng Atmel, và tương thích

với chuẩn công nghiệp của 80C51 và 80C52 về chân ra và bộ lệnh Vì lý do

đó, kể từ đây về sau ta sẽ dùng thuật ngữ “8§0C51” (hoặc "8051")

Trang 30

3.1.2 Những đặc truing cia AT89C51

+ Tương thích với các sản phẩm MCS-51

+ 4Kbyte bộ nhớ Flash có thể lập trình lại với 1000 chu kỳ đọc/xoá

+ Hoạt động fĩnh đầy đủ: 0Hz đến 24MHz

+ Khoá bộ nhớ chương trình ba cấp

+ 128 x 8 bit RAM nội

+ 32 đường xuất-nhập lập trình được (tương ứng 4 port)

+ Hai timer/counter 16 bit

+ Một port nối tiếp song công lập trình được

+ Mạch đồng hồ và bộ dao động trên chip

Cấu hình chân của AT89C51 như sau:

{T21 P1.0 rỊ : — 4o h VCC {T2 Exp Pride 39 [1 Po.g {ADG}

P1203 38 h P6.1 (ADI) Praga 37 HP€.2(AD2)

P1.4 r5 36 E9.3 (AD4I

PtSFl6 35 h Po.4 (AD4}

Pied? 34 H Pö.5 (ADSI

Pr7os 33 2 P06 (ADS) RSTO s 32 B 63.7 (AD7)

(AXD) P3.6 C10 3! HÈA/VPF

(TXDỊ P3.1 FẬ tì 30 H ALE/PROG

(INTO) P3.2 C] 12 29 1 PSEN

RTT) P3.3 Cl is 28H P2.7 (Ats) {T0) P3.4a L| tả 27 BD P2.6 (Atay {T1) P3.5 LÌ t5 26H 2ÿ (A13)

OWA) 3.6 C16 25 5 P2.4 (Ata)

(AD) P3.7 O17 24 1 P2.3 (Att)

XTAL2 C18 23 1 P2.2 (A1e) XTALI 19 22 1D P21 (Ag) GNO 20 21 HP20(A8)

Hình 3.2 Cấu hinh AT89C51

Nhu vay AT89C51 có tất cả 40 chân Mỗi chân có chức năng như các

đường LO (xuất/nhập), trong đó 24 chân có công dụng kép: mỗi đường có thể

hoạt động như một đường I/O hoặc như một đường điều khiển hoặc như thành

phần của bus địa chỉ và bus đữ liệu

LUU Vi PHU MSSV: 10106099

Trang 31

Port 0 14 một port xuất/nhập song hướng cực máng hở 8 bit Néu

được sử dụng như là một ngõ xuất thì mỗi chân có thể kéo 8 ngõ

vào TTL Khi mức 1 được viết vào các chân của port 0, các chân

này có thể được dùng như là các ngõ nhập tổng trở cao

Port 0 có thể được định cấu hình để hợp kênh giữa bus địa chỉ và

bus dữ liệu (phân byte thấp) khi truy cập đến bộ nhớ dữ liệu và bộ

nhớ chương trình ngoài Ở chế độ này, P0 có các điện trở pullup

bên trong

Port 0 cũng nhận các byte code (byte mã chương trình) khi lập

trình Flash, và xuất ra các byte code khi kiểm tra chương trình

Cần có các điện trở pulup bên ngoài khi thực hiện việc kiểm tra

chương trình

«Port I

Port 1 14 m6t port xuấtnhập song hướng 8 bit có các điện trở

pullup bên trong Các bộ đệm ngõ ra của port 1 có thể kéo hoặc

cung cấp 4 ngõ nhập TTL Khi mức 1 được viết vào các chân của

port 1, chúng được kéo lên cao bởi các điện trở pullup nội và có

thể được dùng như là các ngõ nhập Nếu đóng vai trò là các ngõ

nhập, các chân của port 1 (được kéo xuống thấp qua các điện trở

bên ngoài) sẽ cấp đồng I„, do các điện trở pullup bên trong

ePort 2

Port 2 là một port xuất/nhập song hướng 8 bit có các điện trở

pullup bên trong

Các bộ đệm ngõ ra của port 2 có thể kéo hoặc cung cấp 4 ngõ vào

TTL Khi các mức 1 được viết vào các chân của port 2 thì chúng

được kéo lên cao bởi các điện trở pullup nội và có thể được dùng

Trang 32

như các ngõ vào Khi được dùng như các ngõ vào, các chân của

port 2 (được kéo xuống qua các điện trở bên ngoài) sẽ cấp dòng lạ,

đo có các điện trở pullup bên trong

Port 2 phát ra byte cao của địa chỉ khi đọc từ bộ nhớ chương trình ngoài và khi truy cập bộ nhớ dữ liệu ngoài dùng các địa chỉ 16 bit

(MOVX @DPTR) Trong ứng dụng này, nó dùng các điện trở

pullup nội "mạnh” khi phát ra các mức 1 Khi truy cập bộ nhớ dữ liệu ngoài dùng các địa chỉ 8 bit MOVX @RI), port 2 phat ra cdc nội dung của thanh ghi chức năng đặc biệt P2

Port 2 cũng nhận các bit cao của địa chỉ và một vài tín hiệu điều khiển khi lập trình và kiểm tra Flash

do có các điện trở pullup bên trong

Port 3 cũng cung cấp các chức năng của các đặc trưng đặc biệt như được liệt kê dưới đây:

Chân | Tên Các chức năng chuyển đổi

P3.5 T1 Ngõ vào Timer/Counter ]

P3.6 WR Xung ghi bộ nhớ đữ liệu ngoài

Trang 33

Ngõ vào reset Một mức cao trên chân này khoảng hai chu kỳ máy

trong khi bộ dao động đang chạy sẽ reset thiết bị

®ALE/PROG

ALE là một xung ngõ ra để chốt byte thấp của địa chỉ trong khi

truy cập bộ nhớ ngoài Chân này cũng là ngõ nhập xung lập trình (PROG ) khi lập trình Flash

Khi hoạt động bình thường, ALE được phát với một tỷ lệ không đổi

là 1/6 tần số bộ dao động và có thể được dùng cho các mụch đích

timing và clocking bên ngoài Tuy nhiên, lưu ý rằng một xung ALE

sẽ bị bỏ qua mỗi khi truy cập bộ nhớ dữ liệu ngoài

Nếu muốn, hoạt động ALE có thể cấm được bằng cách set bit 0

của SFR tại địa chỉ 8Eh Nếu bit này được set, ALE chỉ được hoạt

động khi có một lệnh MOVX hoặc MOVC Ngược lại, chân này

được kéo lên cao bởi các điện trở pullup "nhẹ" Việc set bit cấm-

ALE không có tác dụng khi bộ vi điều khiển đang ở chế độ thi

hành ngoài

s PSEN

PSEN (Program Store Enable) là xung đọc bộ nhớ chương trình

ngoài Khi AT89C52 đang thi hành mã (code) từ bộ nhớ chương

trình ngoài, PSEN được kích hoạt hai lần mỗi chu kỳ máy, nhưng

hai hoạt động PSEN sẽ bị bỏ qua mỗi khi truy cập bộ nhớ dữ liệu

ngoài

EA (External Access Enable) phai duc noi v6i GND dé cho phép

thiết bị đọc code từ bộ nhớ chương trình ngoài có địa chỉ từ OOOOH

đến FFFFH Tuy nhiên, lưu ý rằng nếu bit khoá 1 (lock-bit 1) được

lập trình, EA sẽ được chốt bên trong khi reset

EA phải được nối với Vcc khi thi hành chương trình bên trong

Chân này cũng nhận điện áp cho phép lập trình Vpp=12V khi lập

trình Flash (khi đó áp lập trình 12V được chọn)

eXTALI và XTAL2

XTALI và XTAL2 là hai ngõ vào và ra của một bộ khuếch đại dao

động nghịch được cấu hình để dùng như một bộ dao động trên chip

Trang 34

Notes: C1 C2 = 30 pF £ 10 pF for Crystals

= 40 pF + 10 pF for Ceramic Resonators

Hình 3.3 Các kết nối của bộ dao động Không có yêu cầu nào vé duty cycle của tín hiệu xung ngoài,vì ngõ

nhập nối với mạch tạo xung nội là một flip-flop chia đôi, nhưng các chỉ định

về thời gian high và low, các mức áp tối đa và tối thiểu phải được tuân theo

Các đặc trưng khác sẽ được trình bày một cách chỉ tiết hơn ở những phần tiếp

theo sau đây

3.1.3 Tổ chức bộ nhớ

8051/8031 có bộ nhớ theo cấu trúc Harvard: có những vùng bộ nhớ

riêng biệt cho chương trình và dữ liệu Như đã nói ở trên, cả chương trình và

dữ liệu có thể ở bên trong; dù vậy chúng có thể được mở rộng bằng các thành

phần ngoài lên đến tối đa 64 Kbytes bộ nhớ chương trình và 64 Kbytes bộ nhớ

dữ liệu

Bộ nhớ bên trong bao gồm ROM và RAM trên chip, RAM trén chip bao

gồm nhiều phần : phần lưu trữ đa dụng, phần lưu trữ địa chỉ hóa từng bit, các

bank thanh ghi và các thanh ghi chức năng đặc biệt

Hai đặc tính cần lưu ý là :

có thể được truy xuất trực tiếp giống như các địa chỉ bộ nhớ khác

Trang 35

Như ta thấy trên hình 3.4., RAM bên trong 8051/8031 được phân chia

giữa các bank thanh ghi (00H—1FH), RAM địa chỉ hóa từng bít (20H-2FH),

RAM đa dụng (30H—7FH) và các thanh ghi chức năng đặc biệt (80H—-FFH)

3.1.4 RAM đa dụng

Mặc dù trên hình cho thấy 80 byte RAM da dụng chiếm các địa chỉ từ

30H-7FH, 32 byte dưới cùng từ 00H đến IFH cũng có thể được dùng với mục

đích tương tự (mặc dù các địa chỉ này đã có mục đích khác)

Mọi địa chỉ trong vùng RAM đa dụng đều có thể được truy xuất tự do

dùng cách đánh địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp Ví dụ, để đọc nội dung ở địa

chi 5FH của RAM nội vào thanh ghi tích lũy, lệnh sau sẽ được dùng :

Lệnh này di chuyển 1 byte dữ liệu dùng cách đánh địa chỉ trực tiếp để

xác

định “địa chỉ nguồn” (5FH) Đích nhận dữ liệu được ngầm xác định trong

mã lệnh là thanh ghi tích lũy A

RAM bên trong cũng có thể được truy xuất dùng cách đánh địa chỉ gián

tiếp qua R0 hay R1 Ví dụ, hai lệnh sau thi hành cùng nhiệm vụ như lệnh đơn

trình được chọn được chọn

Trang 36

LVTN: MBH TỰ ĐỘNG GVHD:TS NGUYEN DUC THANH

Lệnh đầu dùng địa chỉ tức thời để di chuyển giá trị 5FH vào thanh ghi

R0, và lệnh thứ hai dùng địa chỉ trực tiếp để di chuyển dữ liệu “được trỏ bởi

R0” vào thanh ghi tích lũy

28 |47|46]45 |44|43|42|41|a0 99 | không được địa chỉ hóa bit | SBUF

21 [äF|3E|3D|3C |3B |3A|39 |38 9g |oF|9E|9D|oc |9s |øA|o9 |o] SCON

26 |3T|36|35 J34 [33 [32 [31 [30

25 |ar|ap|aD|ac |an |2A |9 [28 90 |97|96 |95 |94]53 [92 |oi |oo| P1

24 |27|26 [25 [24 [23 [22 [23 [20

23 |[IF|iElip|tc|iBLA|19 |18 8 - | không được địa chỉ hóa bit | THỊ

22 [a7]i6 fis fia [13 [12 fu fio 8 | Kkhéng dude dia chỉ bóa bit | THỌ

21 [or loz|on [oc [os [oa [oo los 8 | không được địa chỉ hóa bit | TLỊ

20 |0r|o6 |os |o4 J3 |oa |ø? Joo 8 | không được địa chỉbóa bit | TLÔ

10

OF Bank 1 83 | không được địa chỉ hóa bít | DPH

08 82 | không được địa chỉ bóa bit | DPL

07 Bank thanh ghi 0 81 | không được địa chỉ hóa bi | SP

00 | (mặc đinh cho RO-R7) 80 |&7|s6|s5 |34|s3|s2 |si |a0| Po

RAM CÁC THANH GHI CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT

Hình 3.4 Tóm tắt bộ nhớ dữ liệu trên chip

Trang 37

8051/8031 chứa 210 bit được địa chỉ hóa, trong đó 128 bít là ở các địa

chỉ byte 20H đến 2FH, và phân còn lại là trong các thanh ghi chức năng đặc

biệt

Ý tưởng truy xuất từng bit riêng rẽ bằng phần mềm là một đặc tính tiện

lợi của vi điều khiển nói chung Các bit có thể được đặt, xóa, AND, OR, với

một lệnh đơn Đa số các vi xử lý ` byte 20H đến 2FH Các địa chỉ này được

truy xuất như các byte hoặc như các bit phụ thuộc vào lệnh được dùng Ví dụ,

để đặt bit 67H, ta dùng lệnh sau :

Chú ý rằng “địa chỉ bit 67H” là bit có trọng số lớn nhất (MSB) ở “địa

chỉ byte 2CH” Lệnh trên sẽ không tác động đến các bit khác ở địa chỉ này

Các vi xử lý sẽ phải thi hành nhiệm vụ tương tự như sau :

ORL A, #10000000B ; set MSB

3.3 Cac Bank Thanh Ghi :

32 byte thấp nhất của bộ nhớ nội là dành cho các bank thanh ghi Bộ

lệnh của 8051/8031 hỗ trợ 8 thanh ghi (R0 đến R7) và theo mặc định (sau khi

reset hệ thống) các thanh ghi này ở các địa chỉ 00H-07H Lệnh sau đây sẽ

đọc nội dung ở địa chỉ 05H vào thanh ghi tích lũy :

MOV A,R§

Đây là lệnh 1 byte dùng địa chỉ thanh ghi Tất nhiên, thao tác tương tự

có thể được thi hành bằng lệnh 2 byte dùng địa chỉ trực tiếp nằm trong byte

thứ hai :

MOV A,05H

Các lệnh dùng các thanh ghi R0 đến R7 thì sẽ ngắn hơn và nhanh hơn

các lệnh tương ứng nhưng dùng địa chỉ trực tiếp Các giá trị đữ liệu được dùng

thường xuyên nên dùng một trong các thanh ghi này

Bank thanh ghi tích cực có thể chuyển đổi bằng cách thay đổi các bit

chọn bank thanh ghi trong từ trạng thái chương trình (PSW) Giả sử rằng bank

Trang 38

Ý tưởng đùng “các bank thanh ghi” cho phép “chuyển hướng” chương

trình nhanh và hiệu quả (từng phần riêng rẽ của phần mễm sẽ có một bộ

thanh ghi riêng không phụ thuộc vào các phần khác)

Tiêu đề	Thiết kế Và Chế Tạo Máy Bán Lon Nước Giải Khát Tự Động
Trường học	University of Technology
Chuyên ngành	Mechanical Engineering
Thể loại	Dự án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	76
Dung lượng	2,07 MB