Báo cáo đề tài NCKH cấp sinh viên đề tài “ chế tạo bộ đếm sản phẩm ”

Báo cáo đề tài NCKH cấp sinh viên đề tài “ chế tạo bộ đếm sản phẩm ”

Lời nói đầu 1

Chương I 2

1.1 Giới thiệu đề tài 2

1.2 Mục đích yêu cầu của bài toán 2

1.3 Khảo sát thực tế và giải pháp thiết kế 3

1.3.1 Khảo sát thực tế 3

1.3.2Các giải pháp thiết kế 4

Chương II 6 2.1 Các linh kiện sử dụng 6

2.1.1 Vi điều khiển PIC 16F877A 6

2.1.2 IC MAX 232 8

2.1.3 IC mã hóa PT2262 9

2.1.4 IC giải mã PT2272 10

2.1.5 Cảm biến Om-zon 11

2.1.6 Các linh kiện điện tử cơ bản khác 12

2.2 Module chuyên dụng 12

2.2.1 Modul phát RF TX11 12

2.2.2 Module thu RF RX11 13

Chương III 14 3.1 Sơ đồ khối chức năng hệ thống 14

3.1.1 Sơ đồ khối hệ thống 14

3.1.2 Nguyên lý hoạt động 14

3.2 Sơ đồ mạch điện tử 15

3.2.1 Sơ đồ khối cảm biến 15

3.2.2 Sơ đồ khối xử lý phát 16

3.2.3 Sơ đồ khối xử lý thu: 20

Chương IV 23

Xây dựng chương trình 23

4.1 Chương trình điều khiển PIC 23

4.1.1 Lưu đồ truyền: 23

4.1.2 Chương trình truyền 24

4.2 Chương trình nhận và truyền thông nối tiếp đến máy tính 28

4.2.1 Lưu đồ nhận: 28

4.2.2 Chương trình nhận 29

CHƯƠNG V 31 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC31 4.1 Kết quả đạt được 31

4.2 Thảo luận và hướng phát triển 33

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 34

Tài liệu tham khảo : 35

Lời nói đầu

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, đi kèm theo đó là những ứng dụng của việc ứng dụng những tiến bộ của khoa học kỹ thuật vào trong cuộc sống cũng như sản xuất phát triển kinh tế là rất cần thiết Chúng ta có thể thấyrằng, đất nước ta đang trên đà phát triển để trở thành một nước công nghiệp theo hướng hiện đại, vì vậy việc ứng dụng các nghiên cứu khoa học để nâng cao năng suất lao động là việc rất quan trọng để phục vụ cho yêu cầu phát triển

Với mong muốn ứng dụng những kiến thức đã học và nghiên cứu được vào

thực tế, chúng em mạnh dạn đề xuất đề tài “ Chế tạo bộ đếm sản phẩm ” trong

khuôn khổ thực hiện đề tài NCKH cấp sinh viên Trường ĐH Công Nghệ Thông Tin và Truyền Thông

Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng chắc chắn đề tài không tránh khỏi thiếu xót Chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của Th.S Vũ Thành Vinh đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài một cách tốt nhất

Thái Nguyên ,ngày 29 tháng 11 năm 2011

Nhóm thực hiện đề tài

Chương I Phân tích hệ thống

1.1 Giới thiệu đề tài

Đề tài “ Chế tạo bộ đếm sản phẩm” là đề tài nằm trong kế hoạch Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Sinh Viên năm 2011 Trường Đại Học Thông Tin và Truyền Thông Nhằm xây dựng một hệ thống có khả năng đếm sản phẩm trên các băng chuyền, hay xí nghiệp…Ngoài tính năng đếm chính xác số sản phẩm và hiển thị chính xác “ Bộ đếm sản phẩm” còn giúp người vận hành nó dễ dàng kiểm soát hay truy xuất thông tin liên quan đến dữ liệu đã được thu thập

Đề tài này mang tính chất nghiên cứu các kỹ thuật liên quan phục vụ cho quá trình đếm sản phẩm như các kỹ thuật giao tiếp phần cứng, kỹ thuật truyền dẫn dữ liệu nối tiếp , song song, kỹ thuật lập trình vi điều khiển…

1.2 Mục đích yêu cầu của bài toán

Mục đích của bài toán là xây dựng thành công bộ đếm để đếm sản phẩm thông qua bộ cảm biến và hiển thị ra led 7 đoạn và trên giao diện màn hình máy vi tính

Từ đó yêu cầu của bài toán như sau :

 Cảm biến chính xác số sản phẩm đi qua hệ thống

 Truyền thông và mã hóa tới module phát sóng vô tuyến

 Thu sóng , giải mã và truyền thông nối tiếp về cổng nối tiếp của máy tính

 Hiển thị bằng giao diện phần mềm trên màn hình máy tính

1.3 Khảo sát thực tế và giải pháp thiết kế

1.3.1 Khảo sát thực tế

Bộ đếm sản phẩm đã được chế tạo và ứng dụng cũng khá phổ biến trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp ở các nước phát triển trên thế giới Ở Việt Nam cũng đã phát triển và ứng dụng ở trong các dây chuyền sản xuất ở trong các công

ty, xí nghiệp nhà máy như nhà máy xi măng, dây chuyền sản phẩm ở các cảng…

Hình 1: Hệ thống cân đếm sản phẩm

Trong các trường Đại học, các cơ sở nghiên cứu việc nghiên cứu chế tạo bộ đếm sản phẩm hoặc nâng cao chất lượng đã được nghiên cứu ở các đề tài nghiên cứu ứng dụng của các sinh viên hay các giảng viên Do đó tùy vào các tính năng của hệ thống mà có thể khác nhau

Đề tài “ Chế tạo bộ đếm sản phẩm” của chúng em tuy rằng không mới, nhưng

đã có cải tiến để nâng cao tính năng cũng như chất lượng của hệ thống với các yêu cầu đặt ra

Sản

Phẩm

Cảm Biến

Vi Điều Khiển Hiển Thị

1.3.2 Các giải pháp thiết kế

Thông qua quá trình phân tích cũng như khảo sát bên trên có thể đưa

ra các giải pháp thiết kế như sau:

 Sử dụng vi điều khiển PIC16F877A để xây dựng các module điều khiển truyền nhận dữ liệu

 Sử dụng cảm biến của hãng Om-Zon để cảm biến mức tín hiệu( số sản phẩm

đi qua cảm biến)

 Sử dụng các linh kiện điện tử và các IC chuyên dụng để phục vụ cho các tính năng của mạch như mã hóa, giải mã, chuyển đổi mức tín hiệu

 Sử dụng các công cụ thiết kể phần mềm, chương trình ,mô phỏng như: Proteus, Orcad, CCS … Để xây dựng chương trình điều khiển và giao diện hiển thị trên màn hình máy vi tính

 Sử dụng module thu phát có sẵn , thu phát ở dải tần xác định dễ dàng tích hợp cho việc thiết kế mạch

Hạn chế của hệ thống trong thực tế:

 Hệ thống làm việc trong hệ thống dây chuyền do sinh viên tự thiết kế

 Do sử dụng truyền sóng vô tuyến nên việc bị nhiễu là không thể tránh khỏi

 Để hệ thống có thể đưa vào ứng dụng trong thực tế ở các dây chuyền sản xuất ở các công ty xí nghiệp thì cẩn thêm các cảm biển chuyên dụng, phối hợp với các hệ thống công suất và cơ khí khác để hệ thống hoàn thiện hơn

 Ngoài ra do kiến thức còn hạn chế và kỹ năng có hạn nên khi thiết kế vẫn chưa hoàn toàn tối ưu

Chương II Tổng quan về linh kiện

2.1 Các linh kiện sử dụng

2.1.1 Vi điều khiển PIC 16F877

Hình ảnh của pic trong thực tế như sau:

Hình 3: Hình dáng thực tế của Pic 16F877A

Đây là Vi điều khiển của hãng Microchip tích hợp nhỏ gọn, với đầy đủ các tính năng phục vụ cho các yêu cầu trong bài, hơn nữa nó có các công cụ phần mềm có sẵn hỗ trợ giúp dễ dàng trong việc lập trình

Hình 4:Sơ đồ chân của Pic 16F877A

Các tính năng Pic16F877A hỗ trợ:

 Tập lệnh, cấu trúc được tối ưu hóa theo ngôn ngữ C

 Bộ nhớ chương trình lên tới : 8K x 14 words

 Bộ nhớ dữ liệu : 368K RAM, 256K EEPROM

 Đầu vào dao động thạch anh lên đến 20 MHz

 Timer1 : 16-bit timer/counter

 Timer2 : 8-bit timer/counter

 Hai bộ Capture/so sánh/điều chế độ rộng xung

 Capture input: capture is 16-bit, max resolution 12.5 ns

 Compare is 16-bit, max resolution 200 ns (TCY)

 PWM output: PWM resolution is 1- to 10-bitax

 Khối truyền thông nối tiếp đồng bộ (Master Synchronous Serial Port - MSSP)

 Hai chế độ hoạt động:

 3-dây SPI™ (Hỗ trợ cả 4 chế độ SPI)

 I2C™ cả chế độ Master và Slave

 Hỗ trợ RS-485 và RS-232

 Khối cổng song song (Parallel Slave Port - PSP)

Tính năng tương tự:

 Khối chuyển đổi tương tự sang số độ phân giải 10-bit:

 Chu kỳ lấy mẫu nhanh

 Phát hiện reset do sụt nguồn lập trình được (BOR)

2.1.2 IC MAX 232

Hình 5: Sơ đồ chân của Max 232

Đây là IC chuyên dụng phục vụ cho việc giao tiếp giữa thiết bị ngoại vi với máy tính vì mức điện áp không tương thích nên phải chuyển đổi mức điện áp

Hình 6: Sơ đồ đấu nối IC Max232

 IC PT2262 dùng để mã hóa tín hiệu điều khiển.

 Các chân A0 đến A7 : 8 chân địa chỉ mã hóa với 3 trạng thái, vì vậy nó có thể mã hóa được 3 mũ 8 (6561) địa chỉ

 Chân D0 đến D3 : là đầu vào 4 bít dữ liệu cần mã hóa

 Chân TE : chân cho phép truyền

 Chân DOUT : chân ra nhưng xung liên tiếp dữ liệu đã được mã hóa

 Các chân OSC1 , OSC2 : dùng để thiết lập tần số xung mã hoạt đông của IC

 Vcc , Vss : Chân cấp nguồn cho IC hoạt động nó trong khoảng từ 4V đến 15V

2.1.4 IC giải mã PT2272

Hình 9: Sơ đồ chân của PT2272 Chức năng:

 IC PT2272 dùng để giải mã tín hiệu điều khiển của PT2262

 Các chân A0 đến A7 : 8 chân địa chỉ mã hóa với 3 trạng thái, vì vậy nó có thể mã hóa được 3 mũ 8 (6561) địa chỉ

 Chân D0 đến D3 : là đầu vao 4 bít dữ liệu đã được giải mã

 Chân VT : chân báo đã nhân đúng dữ liệu

 DIN : chân nhận dư liệu cần giải mã

 Các chân OSC1 , OSC2 : dùng để thiết lập tần số xung mã hoạt đông của IC

 Vcc , Vss : Chân cấp nguồn cho IC hoạt động nó trong khoảng từ 4V đến 15V

sử dụng trong các môi trường khác nhau.

Hình 11: Cấu tạo bên tr

Cấu tạo bên trong gồm led phát hoặc thu, mạch điều khiển và nguồn hoạt động ở

12 đến 24 V Trong bài chúng em dùng nguồn 12 V

2.1.6 Các linh kiện điện tử cơ bản khác

Ngoài các linh kiện trên, trong bài còn sử dụng các linh kiện điện tử cơ bản như :điện trở, tụ điện, các transistor và led 7 đoạn để hiển thị

 Mức điện áp ngõ ra tương thích chuẩn TTL.

 Tốc độ tối đa 4800 baud

 Hoạt động -10 đến 60 độ C

Chương III Thiết kế phấn cứng

3.1 Sơ đồ khối chức năng hệ thống

3.1.1 Sơ đồ khối hệ thống

Hình 15: Sơ đồ khối hệ thống 3.1.2 Nguyên lý hoạt động

Khi có sản phẩm đi qua hệ thống cảm biến thì Khối cảm biến sẽ báo về Khối

xử lý phát Khối này làm nhiệm vụ nhận tín hiệu từ cảm biến đồng thời xử lý để truyền tới Khối xử lý thu Khối xử lý thu sau khi nhận được tín hiệu từ Khối xử lý phát, nó sẽ truyền tới Khối hiển thị Khối hiển thị chính là máy vi tính nó sẽ nhận tín hiệu qua cổng nối tiếp và xử lý để hiển thị

Khối nguồn làm nhiệm cụ cung cấp nguồn ổn định cho hệ thống hoạt động ổn đinh, chính xác…

Khối

xử lý phát

Khối

xử lý thu

Khối

Cảm

Biến

Khối hiển thị Khối

nguồn

3.2 Sơ đồ mạch điện tử

3.2.1 Sơ đồ khối cảm biến

Hình 16: Sơ đồ mạch khối cảm biến

Nguyên lý hoạt động:

Khối cảm biến sử dụng 2 cảm biến Om-zon để kiểm soát sản phẩm Một cảm biến để kiểm tra số sản phẩm đi qua, một cảm biến để kiểm tra có sản phẩm chồng lên nhau hoặc dính nhau hay không( tính năng tối ưu) Cả 2 đầu ra cảm biến được nối vào chân PB0 và PB1 của PIC16F877A

b, Mạch vi điều khiển A

Hình 19: Mạch Vi điều khiển A Nguyên lý:

Khối Vi điều khiển A là vi điều khiển PIC16F877A làm nhiệm vụ nhận tín hiệu

từ cảm biến đồng thời xử lý hiển thị ra led 7 đoạn và truyền tới bộ mã hóa truyền

RF Các bước xử lý do người lập trình phải lập trình

c, Mạch nguồn

Hình 20: Mạch nguồn

Nguyên lý: Mạch sử dụng IC7805 để chuyển đổi từ 12V xuống mức 5V để vi điều khiển hoạt động

d, Mạch hiển thị led 7 thanh

Hình 21: Mạch hiển thị led 7 thanh Nguyên lý:

Mạch sử dụng led 7 đoạn và transistor để kích dòng cho led sáng đều đẹp

Sẽ hiển thị số sản phẩm được xử lý từ vi điều khiển gửi ra,

Sơ đồ chi tiết cả khối xử lý phát:

Hình 23: Sơ đồ mạch điện tử của khối xử lý phát Nguyên lý hoạt động : Cảm biến Om-Zon phát hiên sản phẩm đi qua và truyền

xung đến chân nhân ngắt INT của PIC16F877A Vi điều khiển đếm tăng biến đếm khi có xung vào Đồng thời xử lý lưu giá trị số của mỗi con led vào một biến tương ứng và hiển thị lên led 7 thanh, các giá này được xuất lần lựơt ra Port D IC PT2262 nhận 4 bit dữ liệu từ Port B để mã hóa chúng và đứa ra module RF Tx11 truyền đi dưới dạng sóng vô truyến

3.2.3 Sơ đồ khối xử lý thu:

Hình 24: Sơ đồ khối xử lý nhận

a, Mạch nhận RF

Hình 25: Sơ đồ mạch nhận Nguyên lý: Thực hiện chức năng giải điều chế sóng mang và đưa vào IC giải mã

PT2272 sau đó đưa vào vi điều khiển

b, Mạch truyền RS232

Hình 26: Mạch truyền RS232 Nguyên lý:

Sử dụng IC chuyển đổi dữ liệu nối tiếp mức TTL sang chuẩn điện áp RS232

để truyền về máy tính Sử dụng cổng nối tiếp của máy tính

Sơ đồ chi tiết cả khối xử lý thu:

Hình 27: Sơ đồ mạch điện tử khối xử lý thu Nguyên lý hoạt động :

Module RF Rx11 thu sóng điện từ và dư liệu được đưa vào IC PT2272 để giải

mã ra được 4 bit truyền tương ứng (D0 đến D3) bởi module Tx11 Bốn bít dư liệu này được đưa tới Port D của PIC16F877A đồng thời đưa tới chân báo nhân VT lênmức 1 Vi điều khiển nhân dư liệu từ Port D để phục vụ truyền thông nối tiếp qua chân TX , RX IC MAX232 nhận tín hiệu từ chân TX , RX và chuyển đổi điện áp mức TTL sang chuẩn điện áp RS232 rồi đưa đến cổng COM của máy tính

Chương IV Xây dựng chương trình

4.1 Chương trình điều khiển PIC

4.1.1 Lưu đồ truyền:

Hình 28: Lưu đồ thuật toán truyền

Begi n

Khởi tạo ngắt, các giá trị ban đầu, thiết lập thông số truyền RF

Kiểm tra ngắt (sp) (ởchâ Có

Thực hiện đếm sản phẩm, hiển thị ra led

7 đoạn và truyền ra

bộ truyền RF

không

4.2 Chương trình nhận và truyền thông nối tiếp đến máy tính

4.2.1 Lưu đồ nhận:

Hình 29 : Lưu đồ thuật toán nhận dữ liệu

Begi n

Thiết lập giá trị ban đầu, các thông số truyền nhận, gửi về máy tính

Kiểm tra tín hiệu nhận ở bộ thu

Có

Thực hiện nhận và gửi

dữ liệu về máy vi tính.Máy tính thực hiện hiển thị

không

CHƯƠNG V KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 4.1 Kết quả đạt được

Sau một năm tìm hiểu và nghiên cứu, chúng em đã xây dựng hoàn chỉnh “ Bộđếm sản phẩm”, với cả module truyền , module nhận và phần mềm hiển thị máy

vi tính…Hiển thị chính xác số sản phẩm, đáp ứng được các yêu cầu quản lý nhưlưu file và truy xuất file Mạch làm việc ổn định

Một số hình ảnh về sản phẩm:

Hình 30: Hình ảnh thực tế của khối nhận RF

Hình 31: Hình ảnh thực tế của Mạch cảm biến và truyền RF

Hình 32: Giao diện phần mềm hiển thị máy tính

4.2 Thảo luận và hướng phát triển

Tuy đã hoàn thành sản phẩm nhưng tính ứng dụng của sản phẩm trong thực tếcòn chưa cao do các linh kiện chưa ổn định cao, phần phổi hợp công suất , cơ khíchưa đồng bộ Mặt khác do kinh nghiệm, cũng như vốn kiến thức thực tế chưatoàn diện do đó chúng em rất mong được sự giúp đỡ của thầy cô và bạn bè

Dựa trên những gì đã tìm hiểu được, chúng em có hướng phát triển cao hơn làđiều khiển không chỉ đếm sản phẩm mà còn thêm chức năng nhận dạng, kiểm soát

an ninh Điều khiển Robot bằng máy tính…

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Tài liệu tham khảo :

1 Programming and Customizing the PIC Microcontroller by Myke Predko - Third Edition

2 Trường CNTT và TT TN – Kỹ thuật truyền số liệu