Mạch đếm, phân loại sản phẩm trên băng truyền sử dụng ATMega16

Mạch đếm, phân loại sản phẩm trên băng truyền sử dụng ATMega16

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới về mọi mặt, trong đókhoa đó khoa học công nghệ nói chung và ngành công nghệ kỹ thuật điện tử nóiriêng có nhiều phát triển vượt bậc, góp phần làm cho thế giới ngày càng hiện đại

và văn minh hơn

Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị vớicác đặc điểm như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ và hoạt động ổn định

Là những yếu tố cần thiết làm cho hoạt động con người đạt hiệu quả cao Từ lâucảm biến được sử dụng như những thiết bị để cảm nhận và phát hiện, nhưng chỉ

từ vài chục năm trở lại đây chúng mới thể hiện vai trò quan trọng trong kỹ thuật

và công nghiệp đặc biệt là trong lĩnh vực đo lường, kiểm tra và điều khiển tự

động Chính vì vậy nhóm chúng em đã chọn đề tài “MẠCH ĐẾM VÀ PHÂN

LOẠI SẢN PHẨM TRÊN BĂNG TRUYỀN DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA16”

Mặc dù rất cố gắng hoàn thành bài báo cáo này nhưng vẫn không tránhkhỏi thiếu sót mong quý thầy giáo và các bạn đóng góp ý kiến để nhóm có thểhoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

I, TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹthuật điện tử mà trong đó là kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnhvực 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 gópphần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự pháttriển kỹ thuật điện tử nói riêng

Trong quá trình sản xuất thì nhiều khâu được tự động hóa Một trongnhững khâu đơn giản trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sảnphẩm làm ra được đếm một cách tự động

Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóahoàn toàn chưa được áp dụng trong những khâu đếm sản phẩm, đóng bao bì màvẫn còn sử dụng nhân công

Từ những điều đã được thấy đó và khả năng của chúng em, chúng emmuốn làm một điều gì nhỏ để góp phần vào giúp người lao động bớt phần mệtnhọc chân tay mà cho phép tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thờiđảm bảo được độ chính xác cao

Nên chúng em quyết định thiết kế một mạch đếm sản phẩm vì nó rất gầngũi với thực tế và nó thật sự rất có ý nghĩa đối với chúng em vì đã làm được mộtphần nhỏ đóng góp cho xã hội

II, CÁC LINH KI N S D NG TRONG M CH Ệ Ử Ụ Ạ

1 Vi xử lý ATmega16

a, Tổng quan

- Vi điều khiển AVR do hãng Atmel sản xuất được giới thiệulần đầu tiênnăm 1996

AVR có rất nhiều dòng khác nhau bao gồm dòng Tiny ( như At tiny 13,

At tiny 22…) có kích thước bộ nhớ nhỏ, ít bộ phận ngoại vi , rồi đến dòng AVR( chẳng hạn AT90S8535,AT90S8515…) có kích thước bộ nhớ vào loại trungbình và manh hơn là dòng Mega ( như ATmega 16, Atmega 32, ATmega128… ) với bộ nhớ có kích thước vài Kbyte đến vài trăm Kb cùng với bộ ngoại

vi đa dạng được tích hợpcả bộ LCD trên chip ( dòng LCD AVR)

Tốc độ của dòng Mega cũng cao hơn so với các dòng khác Sự khác nhau

cơ bản giữa các dòng chính là cấu trúc ngoại vi, còn nhân thì vẫn như nhau

- ATmega16 là một lọai Vi điều khiển có nhìều tính năng đặc biệtthíchhợp cho việc giải quyết những bài tóan điều khiển trên nền vi xử lý.

+Các lọai vi điều khiển AVR rất phổ biến trên thị trừơng Việt Namnênkhông khó khăn trong việc thay thế và sửa chữa hệ thống lúc cần

+Giá thành của dòng Vi Điều Khiển này khá phải chăng

+Các phần mềm lập trình và mã nguồn mở có thể tìm kiếm khá dễ dàngtrênmạng

Các thiết kế demo nhiều nên có nhiều gợi ý tốt cho ngườithiết kế hệ ATmega16 là vi điều khiển 8bit dựa trên kiến trúc RISC

thống.-Với khả năng thực hiện mỗi lệnh trong vong một chu kỳ xung clock,Atmega16có thể đạt được tốc độ 1MIPS trên mỗi MHz( 1triệu lệnh/MHz),cáclệnh được xử lý nhanh hơn,tiêu thụ năng lượng thấp

b, S đ chân ơ ồ

Atmega 16 gồm 40 chân:

Chân 1 đến chân 8: Cổng nhập xuất dữ liệu song song B (PortB) nó cóthể dược sử dụng các chức năng đặc biệt thay vì nhập xuất dữ liệu

Chân 9:Reset để đưa chip về trạng thái ban đầu

Chân 10: VCC cấp nguồn nuôi cho vi điều khiển

Chân 11, 31: GND 2 chân này được nối với nhau và nối với đất

Chân 12, 13: 2 chân XTAL2 và XTAL1 dùng để đưa xung nhịp từ bên

Chân 14 đến 21: Cổng nhập xuất dữ liệu song song D (PORTD) nó có thểđược sử dụng các chức năng đặc biệt thay vì nhập xuất dữ liệu

Chân 22 đến 29: Cổng nhập xuất dữ liệu song song C (PORT C) nó có thểđược sử dụng các chức năng đặc biệt thay vì nhập xuất dữ liệu

Chân 30: AVCC cấp điện áp cho bộ ADC

Chân 32: AREF điện áp so sánh tín hiệu vào ADC

Chân 33 đến 40: Cổng vào ra dữ liệu song song A (PORTA) ngoài ra nócòn được tích hợp bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số ADC2

 Vào ra của vi điều khiển

PORTA(PA7…PA0): là các chân số 33 đến 40 Là cổng vào ra song song

8 bit khi không dùng ở chế độ ADC Bên trong có sẵn các điện trở kéo, khiPORTA là output thì các điện trở kéo không hoạt động, khi PORTA là input thìcác điện trở kéo được kích hoạt

PORTB (PB7…PB0): là các chân số 1 đến số 8 Nó tương tự như PORTAkhi sử dụng vào ra song song

PORTC (PC7…PC0): là các chân 22 đến 30 Cũng giống như PORTA vàPORTB khi là cổng vào song song Nếu giao tiếp JTAG được bật, các trở treo ởcác chân PC5(TD1), PC3(TMS), PC2(TCK) sẽ hoạt động khhi sự kiện reset xảyra

PORTD(PD&…PD0): là các chân 13 đến 21 Cũng là 1 cổng vào ra songsong giống các PORT khác

2 Cảm biến màu TCS3200

Ứng dụng: Áp dụng để phân loại màu sắc, cảm ứng và hiệu chuẩn ánh sangmặt trời, kiểm tra dải đọc, kiểm tra màu sắc phù hợp

Thông số kỹ thuật:

+ Chuyển đổi từ cường độ ánh sáng sang tần số với độ phân giải cao + Lập trình lựa chọn bộ lọc màu sắc khác nhau và dạng tần số xuất ra + Điện năng tiêu thụ thấp Giao tiếp trực tiếp với vi điều khiển

Chức năng chân:

+ S0,S1 : Đầu vào chọn tỉ lệ tần số đầu ra

+ S2,S3 : Đầu vào chọn kiểu photodiode

+ OE : Đầu vào cho phép xuất tần số ở chân OUT

+ OUT : Đầu ra là tần số thay đổi phụ thuộc cường độ và màu sắc

Linh kiện điện tử Module cảm biến màu TCS3200 với khả năng nhận biết 3mầu cơ bản RGB và 4 đèn LED trắng

TCS3200 có thể phát hiện và đo lường gần như tất cả màu sắc có thể nhìnthấy Ứng dụng bao gồm kiểm tra đọc dải, phân loại theo màu sắc, cảm biến ánhsáng xung quanh và hiệu chuẩn, và kết hợp màu sắc, đó chỉ là một vài ứng dụng TCS3200 có các bộ tách sóng quang, có 2 bộ lọc màu sắc là bộ lọc màu

đỏ, xanh dương, hoặc màu xanh lá, hoặc không có bộ lọc ( rõ ràng) Các bộ lọccủa mỗi màu được phân bố đều khắp các mảng để loại bỏ sai lệch vị trí giữa cácđiểm màu

Bên trong là một bộ dao động tạo ra đầu ra sóng vuông có tần số là tỷ lệthuận với cường độ của màu sắc lựa chọn

 Nguyên lý hoạt động cảm biến mầu của linh kiện điện tử TCS3200 :

+ Cấu tạo cảm biến TCS3200 gồm 2 khối như hình vẽ phía dưới:

+ Khối đầu tiên là mảng ma trận 8x8 gồm các photodiode.Bao gồm 16photodiode có thể lọc màu sắc xanh dương (Blue),16 photodiode có thể lọc màu

đỏ (Red),16 photodiode có thể lọc màu xanh lá(Green) và 16 photodiode trắngkhông lọc (Clear).Tất cả photodiode cùng màu được kết nối song song vớinhau ,và được đặt xen kẽ nhau nhằm mục đích chống nhiễu

+ Bản chất của 4 loại photodiode trên như là các bộ lọc ánh sáng có mầu sắckhác nhau .Có nghĩa nó chỉ tiếp nhận các ánh sáng có cùng màu với loạiphotodiode tương ứng và không tiếp nhận các ánh sáng có màu sắc khác

Việc lựa chọn 4 loại photodiode này thông qua 2 chân đầu vào S2,S3 :

Khối thứ 2 là bộ chuyển đổi dòng điện từ đầu ra khối thứ nhất thành tần số:

Tần số đầu ra của linh kiện điện tử TCS3200 trong khoảng 2HZ~500KHZ.Tần số đầu ra có dạng xung vuông với tần số khác nhau khi mà màu sắc khácnhau và cường độ sáng là khác nhau

Ta có thể lựa chọn tỉ lệ tần số đầu ra ở các mức khác nhau như bảng trêncho phù hợp với phần cứng đo tần số

Ánh sáng trắng là hỗn hợp rất nhiều ánh sáng có bước sóng màu sắc khác

Màu sắc bất kì được tổng hợp từ 3 mầu cơ bản Blue,Green,Red :

Dựa trên nguyên lý sự phản xạ , hấp thụ ánh sáng trắng của vật thể và sựphối chộn màu sắc bởi 3 màu cơ bản Blue,Green,Red thì TCS3200 có cấu tạo là

4 bộ lọc photodiode Blue,Green,Red và clear để nhận biết màu sắc vật thể.Hình bên dưới là bảng test quá trình chuyển đổi từ ánh sáng mà 4 loạiphotodiode nhận được thành tần số:

Với điều kiện test là ánh sáng có bước sóng λp = 470 nm(Dải màu Blue),λp

= 524 nm(dải màu Green),λp = 640 nm(dải màu Red) thì 4 bộ lọc photodiode sẽcho ra tần số khác nhau.Tần số ra lớn nhất khi ánh sáng chiếu vào cảm biếncùng loại photodiode được chọn vì khi đó photodiode sẽ hấp thụ nhiều nhất

3 LCD 16x2

 Sơ đồ chân

RS (Register Select): Dùng để điều khiển quá trình gửi một byte lệnh hay

1 byte vào LCD RS ở mức thấp (0) thì byte gửi tới là lệnh, RS ở mức cao (1) thìbyte gửi tới là dữ liệu và được hiển thị trên LCD

RW (Read/Write): dùng để khẳng định quá trình ghi vào hay đọc ra Khi

RW ở mức thấp (0) thì thông tin trên bus dữ liệu sẽ ghi vào LCD, RW ở mức cao

là đọc trạng thái của LCD

EN (Enable): Đây là chân điều khiển, dùng để cho LCD biết rằng LCD

đangđược nhận dữ liệu vào Khi EN ở mức thấp (0) thì LCD cho phép nhận dữliệu, khi EN ở mức cao thì LCD sẽ cho phép truyền thông tin trạng thái

Bus dữ liệu 4 bit D4-D7 hay 8 bit D0-D7 phụ thuộc vào chọn chế độ hoạtđộng của LCD

 Sơ đồ nối giữa LCD và vi điều khiển

 Cờ báo bận BF: (Busy Flag)

Khi đang thực thi các hoạt động bên trong, LCD bỏ qua mọi giao tiếp vớibên ngoài và bật cờ BF( thông qua chân DB7 khi có thiết lập RS=0, R/W=1) lên

để cho biết nó đang “bận”

 Bộ đếm địa chỉ AC : (Address Counter)

Khi một địa chỉ lệnh được nạp vào thanh ghi IR, thông tin được nối trựctiếp cho 2 vùng RAM (việc chọn lựa vùng RAM tương tác đã được bao hàmtrong mã lệnh)

Sau khi ghi vào (đọc từ) RAM, bộ đếm AC tự động tăng lên (giảm đi) 1đơn vị

 Bộ nhớ LCD

Vùng RAM hiển thị DDRAM : (Display Data RAM)

Vùng CGROM: Character Generator ROM

Vùng CGRAM : (Character Generator RAM)

 Lệnh của LCD

 Các hàm điều khiển lcd

-lcd_init(): Khởitạo LCD, gọi 1 lần trong hàm main

- lcd_gotoxy(int8 x, int8 y) : Hiển thị tại vị trí cột x , hàng y bắt đầu ở x=1,y=1

- lcd_send_byte(BYTE address, BYTE n) Gửi 1 byte n đến lcd, address=0: thaotác lệnh, address=1: thao tác dữ liệu

-BYTE lcd_read_byte(void) : đọc về 1 byte

-lcd_putc(char c) : Gửi các ký tự lên lcd

-char lcd_getc(int8 x, int8 y) : Đọc ký tự tại cột x, hàng y

4 R le (Relay) ơ

Rơle (relay) là một chuyển mạch hoạt động bằng điện Dòng điện chạy quacuộn dây của rơle tạo ra một từ trường hút lõi sắt non làm thay đổi công tắcchuyển mạch Dòng điện qua cuộn dây có thể được bật hoặc tắt vì thế rơle có hai

vị trí chuyển mạch qua lại

Các chân đấu nối và chân chuyển mạch của rơle thường được ký hiệu làCOM (POLE), NC và NO:

COM/POLE = là chân chung, là nơi kết nối đường cấp nguồn chờ

NC và NO là 2 chân chuyển đổi

Trong đó: NC là điểm thường đóng, chân COM/POLE được kết nối với NCkhi cuộn dây rơle không nhiễm từ (khi 2 đầu cuộn dây không được cấp điện)

NO = là điểm thường mở, COM/POLE được kết nối với NO khi cuộn dâyrơle được từ hóa (được cấp điện)

Hai chân A, B là 2 đầu của cuộn dây (nơi cấp nguồn nuôi cuộn hút)

Bình thường, khi cuộn hút chưa được cấp điện, chân COM/POLE luôn kếtnối với chân NC (thường đóng) Khi cuộn dây A, B được cấp điện, chânCOM/POLE được kết nối với chân NO (thường mở) của rơle

5 LED RGB

Led RGB có 4 chân, trong đó có 1 chân dương chung và 3 chân âm riêng

cho từng màu (R - red - đỏ, G - Green - Xanh lá, B - Blue - Xanh dương) LED

RGB thực chất là 3 con diode led bình thường dính chụm thành 1 khối (vì độ

sáng của LED RGB khá sáng cộng với hiệu ứng lưu ảnh của mắt người mà mình

thấy được các màu sắc khác nhau) Để thay màu sắc của LED RGB, ta chỉ việcthay đổi độ sáng của từng con diode (led) trong con led rgb.

S là thiết diện của dây; ℓ là chiều dài của dây

Điện trở là đại lượng vật lí đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện củamột vật thể dẫn điện Nó được định nghĩa là tỉ số của hiệu điện thế giữa hai đầuvật thể đó với cường độ dòng điện đi qua nó:

R = Trong đó:

U : là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đo bằng vôn (V)

I : là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đo bằng ămpe (A)

R : là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng Ohm (Ω)

Ký hiệu:

Ứng dụng:Điện trở được dùng để chế tạo ra dịch mức điện áp giữa hai điểmkhác nhau của mạch

Biến trở :

Biến trở là các thiết bị có điện trở thuần có thể biến đổi được theo ý muốn.Chúng có thể được sử dụng trong các mạch điện để điều chỉnh hoạt động củamạch điện.

Ký hiệu :

Biến trở có 3 chân, một trong các chân đó sẽ là “chân chạy”

7 Th ch anh 8Mhz : T o t n s ho t đ ng cho VĐK ATMega16 ạ ạ ầ ố ạ ộ

Đặc tính vật lý : độ bền cơ học vao, ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ và cáctác dụng hóa học

Thạch anh có tính chất áp điện, nghĩa là dưới tác dụng của điện trường thìsinh ra dao động Do đó có thể dùng thạch anh như một khung cộng hưởng Tínhchất dao động của thạch anh được biểu diễn bởi sơ đồ tương đương hình a.,trong đó Lq,Cq và rq phụ thuộc vào kích thước khối thạch anh và cách cắt khốithạch anh Thạch anh có kích thước càng nhỏ thì Lq, Cq và rq càng nhỏ, nghĩa làtần số cộng hương riêng của nó càng cao Lq, Cq và rq có tính ổn định cao Cq

là điện dung giá đỡ, tính ổn định của Cq kém hơn

Ta có :

Ký hiệu thạch anh Đặc tính điện kháng của thạch anh

Sơ đồ tương đương của thạch anh

8, T đi n ụ ệ

Tụ điện là một linh kiện thụ động cấu tạo của tụ điện là hai bản cực bằngkim loại ghép cách nhau một khoảng d ở giữa hai bản tụ là dung dịch hay chất

điện môi cách điện có điện dung C Đặc điểm của tụ là cho dòng điện xoaychiều đi qua, ngăn cản dòng điện một chiều.

Công thức tính điện dung của tụ: C = ε

Trong đó : ε là hằng số điện môi

S là điện tích bề mặt tụ m2

d là bề giày chất điện môi

Tụ điện phẳng gồm hai bàn phẳng kim loại diện tích đặt song song và cáchnhau một khoảng d.÷

Cường độ điện trường bên trong tụ có trị số : E = 0

1, giấy tẩm dầu = 3,6, gốm = 5,5; mica = 4 ÷5

Trong mạch nhóm sử dụng 2 loại tụ đó là : Tụ hóa và tụ gốm Tụ gốm được

sử dụng cho VĐK ATMega16 là 22 pF, còn tụ hóa được sử dụng cho chức năngreset là 10F

9 Module Bluetooth HC05

Thông số kỹ thuật:

 Điện áp hoạt động: 3.3 ~ 5VDC

Vi XỬ LÝ Atmega16

Hiển Thị LCD 16x2

Khối nguồn

Băng truyền

 Điện áp giao tiếp: TTL tương thích 3.3VDC và 5VDC

Baudrate UART có thể chọn được: 1200, 2400, 4800, 9600, 19200,

38400, 57600, 115200

 Dải tần sóng hoạt động: Bluetooth 2.4GHz

Sử dụng CSR mainstream bluetooth chip, bluetooth V2.0 protocol standards

 Dòng điện khi hoạt động: khi Pairing 30 mA, sau khi pairing hoạt động truyền nhận bình thường 8 mA

 Kích thước của module chính: 28 mm x 15 mm x 2.35 mm

Cảm biến màu TSC3200

2 Nguyên lý hoạt động của mạch

a Khối xử lý

Đây là khối xử lý chính của mạch, sử dụng vi điều khiển ATMega16

Vi điều khiển ATMega16 có tác dụng điều khiển mọi hoạt động của mạchnhư cho phép đóng ngắt relay, hiển thị dữ liệu lên trên LCD…

b Khối nguồn

Tạo ra dòng điện ổn định cung cấp cho toàn mạch Trong mạch sử dụngnguồn 5V nên ta dùng IC ổn áp 7805

c Relay