Hệ thống điều khiển băng tải và đếm số lượng sản phẩm bằng vi điều khiển

Vì vậy, cần có một hệ thống điều khiển băng tải và đếm sản phẩm giúp ta kiểm soát được số lượng sản phẩm.. Mục tiêu nghiên cứu Thiết kế và chế tạo hệ thống băng tải và đếm số lượng sản

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA VẬT LÝ 

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA VẬT LÝ 

VÕ TRẦN NGUYÊN

“HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BĂNG TẢI VÀ ĐẾM SỐ LƯỢNG SẢN PHẨM BẰNG VI ĐIỀU KHIỂN”

Chuyên ngành: Vật lý học Khóa học: 2014 - 2018

Người hướng dẫn: Th.S Lê Xứng

Đà Nẵng, 2018

LỜI CẢM ƠN

ời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến nhà trường đã tạo mọi điều kiện cho sinh viên chúng em có một môi trường học tập tốt nhất Cảm ơn các thầy cô trong khoa Vật lý – Trường Đại học sư phạm – Đại học Đà Nẵng đã truyền đạt kiến thức cho sinh viên chúng em cùng lòng nhiệt huyết với học trò, với công việc trong suốt những năm qua

Em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Lê Xứng – khoa Điện Tử Viễn Thông – Đại học Bách khoa Đà Nẵng đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng chuyên môn, quan tâm giúp đỡ tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong quá trình

em thực hiện khóa luận tốt nghiệp

Và trên hết, em xin bày tỏ lòng kính trọng và sự biết ơn sâu sắc đến gia đình

đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để em có thể hoàn thành tốt mọi công việc trong quá trình thực hiện khóa luận Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa Vật lý

đã tận tình giảng dạy, trang bị cho em những kiến thức quý báu trong những năm học vừa qua

Mặc dù em đã cố gắng hết sức để hoàn thành đề tài khóa luận nhưng chắc chắn sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Võ Trần Nguyên

L

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN I MỤC LỤC II DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT IV DANH MỤC BẢNG BIỂU, DANH MỤC HÌNH V

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

5 Phương pháp nghiên cứu 2

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ NHỮNG LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ 3

1.1Giới thiệu về hệ thống điều khiển 3

1.2Nguyên lý hoạt động 3

1.3Cấu trúc phần cứng AT89S52 4

1.3.1Các chức năng của bộ vi điều khiển AT89S52 4

1.3.2Các chân (Pinout) 5

1.4Hoạt động đình thời của AT89S52 7

1.4.1Thanh ghi chế độ định thời TMOD 7

1.4.2Thanh ghi điều khiển Timer ( TCON) 8

1.4.3Các chế độ đình thời Timer 0 và Timer 1 9

1.5Tổ chức ngắt của AT89S52 9

1.5.1Thanh ghi IE 10

1.5.2Ngắt do Timer 10

1.5.3Ngắt do cổng nối tiếp 10

1.6Sơ lược về các linh kiện điện tử sử dụng trong thiết kế 11

1.6.1Thạch anh 12MHz 11

1.6.2Tụ gốm, tụ hóa 11

1.6.3Điện trở 12

1.6.4Diode 12

1.6.5LED đơn 13

1.6.6LED 7 đoạn 13

1.6.7Relay 14

1.6.8Opto 15

1.6.9Module cảm biến hồng ngoại 16

1.6.10Động cơ DC 5V 17

1.6.11Xi lanh khí nén hoạt động đơn 18

1.6.12Van điện từ khí nén 5/2 19

1.6.13Động cơ Servo 19

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 20

2.1Sơ đồ khối của hệ thống 20

2.2Chức năng các khối 20

2.2.1Khối xử lý trung tâm 20

2.2.2Khối cảm biến 21

2.2.3Khối hiển thị 21

2.2.4Khối chấp hành 22

2.2.6Khối nguồn 23

2.3Sơ đồ nguyên lý của hệ thống 24

2.3.1Mạch điều khiển trung tâm AT89S52 24

2.3.2Mạch Reset 25

2.3.3Mạch dao động 25

2.3.4Mạch hiển thị số lượng 26

2.3.5Mạch chấp hành 27

CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 28

3.1Thiết kế phần mềm 28

3.2Lưu đồ thuật toán 30

3.3Chương trình lập trình 34

KẾT LUẬN 45

-Kết luận: 45

-Kiến nghị: 45

TÀI LIỆU THAM KHẢO 46

Ý KIẾN CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN 47

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU, DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Sơ đồ chân của vi điều khiển AT89S52

Bảng 1.1 : Chức năng riêng của Port 3

Bảng 1.2 : Thanh ghi chọn chế độ định thời

Bảng 1.3: Thanh ghi điều khiển định thời TCON

Bảng 1.4 : Tổ chức ngắt trong AT89S52

Bảng 1.5: Thanh ghi cho phép ngắt IE

Hình 1.2 : Hình ảnh và kí hiệu của thạch anh

Hình 1.3: Hình ảnh và ký hiệu của tụ điện

Hình 1.4: Hình ảnh và kí hiệu của điện trở

Hình 1.5: Hình ảnh và ký hiệu của diode

Hình 1.6: Hình ảnh và kí hiệu của LED đơn

Hình 1.7: Hình ảnh và kí hiệu của LED 7 đoạn

Hình 1.8: Hình ảnh và kí hiệu của relay DC5V

Hình 1.9: Hình ảnh và kí hiệu của Opto

Hình 1.10: Module cảm biến hồng ngoại

Hình 1.11 : Nguyên lý hoạt động của module cảm biến hồng ngoại Hình 1.12 : Động cơ DC5V

Hình 1.13: Xy lanh khí nén

Hình 1.14: Van điện từ khí nén 5/2 DC24V

Hình 1.15: Động cơ Servo DC5V

Hình 2.1: Sơ đồ khối của hệ thống

Hình 2.2: Mạch vi điều khiển AT89S52

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây, cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật đặc biệt là kỹ thuật điện tử, những công nghệ điện tử ngày càng phát triển mạnh mẽ Trong đó có sự đóng góp rất lớn của kỹ thuật vi điều khiển Các bộ vi điều khiển đang được ứng dụng rộng rãi và thâm nhập ngày càng nhiều trong các lĩnh vực

kỹ thuật, đời sống xã hội và đã đem lại rất nhiều tiện nghi cho con người trong thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa

Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển, các nhà máy xí nghiệp sản xuất sản phẩm của mình trên các băng tải hiện đại, sản phẩm xuất ra nhanh và nhiều hơn vì vậy việc đếm xem có bao nhiêu sản phẩm đã hoàn tất ra từ băng tải cuối cùng thì người công nhân khó có thể thực hiện chính xác được Vì vậy, cần

có một hệ thống điều khiển băng tải và đếm sản phẩm giúp ta kiểm soát được số lượng sản phẩm Không chỉ vậy, hệ thống đếm sản phẩm còn giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay và tăng hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo được độ chính xác cao

Sau 4 năm học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Sư phạm – Đại học

Đà Nẵng, là một sinh viên được học về chuyên ngành điện tử, em muốn khai thác và tìm hiểu ứng dụng của các vi điều khiển trong lĩnh vực điều khiển tự động hóa, đồng thời em cũng muốn củng cố lại kiến thức đã học được trong suốt thời gian qua thông qua các mô hình thực tế Và quan trong hơn đó là em muốn trau dồi thêm những kiến thức về chuyên ngành của mình để thuận lợi cho công

việc sau này Xuất phát từ những lý do trên, em đã chọn đề tài: “HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BĂNG TẢI VÀ ĐẾM SỐ LƯỢNG SẢN PHẨM BẰNG VI ĐIỀU KHIỂN” làm đề tài khóa luận tốt nghiệp

2 Mục tiêu nghiên cứu

Thiết kế và chế tạo hệ thống băng tải và đếm số lượng sản phẩm bằng vi điều khiển

Việc thực hiện đề tài giúp em củng cố lại kiến thức đã học và tiếp thu thêm nhiều kiến thức mới từ giảng viên hướng dẫn Đó cũng là khoảng thời gian

em thực tế hóa các kiến thức đã được học trên mô hình cụ thể cũng như hiểu rõ

Do kiến thức còn hạn hẹp nên em chỉ nghiên cứu một ứng dụng nhỏ Nếu

có thời gian nhiều hơn và được nghiên cứu sâu hơn, mô hình này có thể được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực của cuộc sống

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

Để đạt được các mục tiêu đề ra, cần thực hiện các yêu cầu sau:

+ Nghiên cứu lý thuyết về nguyên lý hoạt động các linh kiện điện tử: vi điều khiển AT89S52, Relay, xi lanh khí nén, van điện từ khí nén, LED,…

+ Nghiên cứu cơ sở lý thuyết để thiết kế hoàn chỉnh về phần cơ của mô hình

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

 Đối tượng nghiên cứu

+ Vi điều khiển AT89S52: là một dòng vi điều khiển tương đối mạnh với nhiều tính năng, hoạt động ổn định mà giá thành lại tương đối rẻ và thông dụng trên thị trường hiện nay Do đó có thể dễ dàng mở rộng thiết kế các ứng dụng khác

+ Các tài liệu về linh kiện điện tử

+ Các tài liệu hướng dẫn lập trình Keil C Vision 4

 Phạm vi nghiên cứu

Đề tài sử dụng vi điều khiển AT89S52 đề lập trình, 3 module cảm biến hồng ngoại, 1 động cơ Servo, 2 xy lanh khí nén hành trình 10cm, 2 van điện từ khí nén 24V, 2 động cơ DC 5V và 4 LED 7 thanh dùng đề hiển thị số lượng sản phẩm

5 Phương pháp nghiên cứu

+ Nghiên cứu các tài liệu về nguyên lý hoạt động của thiết bị và linh kiện điện tử

+ Nghiên cứu cách trình bày một khóa luận tốt nghiệp

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

VÀ NHỮNG LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG THIẾT KẾ

1.1 Giới thiệu về hệ thống điều khiển

Hiện này, trong các nhà máy hay doanh nghiệp sản xuất thì có nhiều khâu

tự động hóa trong sản xuất Một trong những khâu đơn giản trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm làm ra được đếm một cách tự động Tuy nhiên, trong các doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc hoàn toàn tự động hóa còn chưa được áp dụng trong những khâu đếm sản phẩm mà vẫn sử dụng nhân công Là sinh viên được học về chuyên ngành điện tử, em muốn khai thác

và tìm hiểu ứng dụng của các vi điều khiển trong lĩnh vực tự động hóa Em muốn lập trình cho vi điều khiển AT89S52 để điều khiển băng tải và tự động đếm số

lượng sản phẩm chạy trên băng tải Từ đó, em quyết định chọn đề tài: “HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BĂNG TẢI VÀ ĐẾM SỐ LƯỢNG SẢN PHẨM BẰNG VI ĐIỀU KHIỂN” làm đề tài khóa luận tốt nghiệp

1.2 Nguyên lý hoạt động

“HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BĂNG TẢI VÀ ĐẾM SỐ LƯỢNG SẢN PHẨM BẰNG VI ĐIỀU KHIỂN” bao gồm khối chính là: khối nguồn, khối xử

lý trung tâm, khối chấp hành, khối cảm biến và khối hiển thị

Hệ thống hoạt động theo nguyên lý: gồm 2 động cơ DC dùng để kéo băng

tải chạy, trên băng tải do động cơ DC 1 điều khiển thì được gắn 2 cảm biến để phát hiện sản phẩm ( một cảm biến để phát hiện sản phẩm lỗi, cảm biến còn lại

để phát hiện sản phẩm cần chọn và đếm số lượng) và trên băng tải của động cơ

DC 2 điều khiển thì có gắn 1 cảm biến dùng để phát hiện thùng đựng sản phẩm cần chọn và đếm số lượng thùng đó Hệ thống còn có 2 xy lanh khí nén hành trình 10cm có nhiệm vụ để đẩy thùng đựng sản phẩm vào vị trí nhận sản phẩm và đẩy thùng đựng đủ sản phẩm cần chọn qua băng tải do động cơ DC 2 điều khiển Khối hiện thị gồm có 4 LED 7 đoạn trong đó 2 LED 7 đoạn dùng để hiển thị số lượng sản phẩm cần chọn và 2 LED 7 đoạn còn lại dùng để hiển thị số lượng thùng đựng sản phẩm Lập trình cho vi điều khiển để điều khiển hoạt động của

hệ thống như sau:

nhận sản phẩm Sau khi nhấn nút Start thì hệ thống bắt đầu làm việc, băng tải do động cơ DC 1 điều khiển chạy thì các sản phẩm di chuyển trên băng tải đó ( gồm sản phẩm lỗi và sản phẩm cần chọn) nếu cảm biến phát sản phẩm lỗi thì động cơ Servo quay gạt cần gạt để cho sản phẩm lỗi đó ra khỏi băng tải; nếu cảm biến phát hiện được sản phẩm cần chọn và hiển thị số lượng sản phẩm mà do cảm biến phát hiện được lên 2 LED 7 đoạn Tiếp theo, nếu số lượng sản phẩm cần chọn vào trong thùng đựng đã đủ ( ví dụ: 10 sản phẩm cần chọn trong thùng) thì băng tải do động cơ DC 1 điều khiển dừng lại và xy lanh 2 sẽ đẩy thùng đựng này qua băng tải do động cơ DC 2 điều khiển, tại đây thùng sẽ di chuyển trên băng tải và được một cảm biến phát hiện được thùng đừng sản phẩm rồi hiển thị

số lượng này lên 2 LED 7 đoạn còn lại Sau khoảng thời gian 1 giây sau khi xy lanh 2 đẩy thùng qua băng tải thì ngay lập tức thì xy lanh 1 sẽ đẩy thùng không vào vị trí nhận sản phẩm và đồng thời động cơ một hoạt động lại và hệ thống tiếp tục đếm sản phẩm

1.3 Cấu trúc phần cứng AT89S52

Chip Vi điều khiển được sử dụng rộng rãi trên thế giới cũng như ở Việt Nam hiện nay là Vi điều khiển của hãng Atmel.các mã số chip được thay đổi chút ít khi được Atmel sản xuất Mã số 80 chuyển thành 89, chẳng hạn 80C52 của Intel khi sản xuất ở Atmel mã số thành 89C52 (Mã số đầy đủ: AT89C52) với tính năng chương trình tương tự như nhau Tương tự 8051,8053,8055 có mã số tương đương ở Atmel là 89C51,89C53,89C55

Sau khoảng thời gian cải tiến và phát triển, hãng Atmel tung ra thị trường dòng Vi điều khiển mang số hiệu 89Sxx với nhiều cải tiến và đặc biệt là có thêm khả năng nạp chương trình theo chế độ nối tiếp rất đơn giản và tiện lợi cho người

sử dụng

Dung lượng RAM Dung lượng ROM Chế độ nạp:

89S51 128 byte 4 Kbyte nối tiếp

89S52 128 byte 8 Kbyte nối tiếp

89S53 128 byte 12 Kbyte nối tiếp

89S55 128 byte 20 Kbyte nối tiếp

1.3.1 Các chức năng của bộ vi điều khiển AT89S52

 CPU (Centralprocessing unit) bao gồm :

+ Thanh ghi tích lũy A

+ Thanh ghi tích lũy B ,dùng cho phép nhân và phép chia

+ Đơn vị logic học (ALU : Arithmetic Logical Unit)

+ Thanh ghi từ trạng thái chương trình (PSw : Program Status Word) + Bốn băng thanh ghi

+ Con trỏ ngăn xếp

 Bộ nhớ chương trình (bộ nhớ ROM)gồm 8kbyte Flash

 Bộ nhớ dữ liệu (bộ nhớ RAM) gồm 256 byte

 Bộ UART (Universal Ansynchronous Receiver and Tranmistter) có chức năng truyền nhận nối tiếp , AT89S52 có thể giao tiếp với cổng nối tiếp của máy tính thông qua bộ UART

 3 bộ Timer/Counter 16 bit thực hiện các chức năng định thời và đếm sự kiện

 WDM (Watch Dog Timer) : WDM được dùng để phục hồi lại hoạt động của của CPU khi nó bị treo bởi một nguyên nhân nào đó

 Khối điều khiển ngắt với 2 nguồn ngắt ngoài và 4 nguồn ngắt trong

 Bộ lập trình(ghi chương trình lên Flash ROM) cho phép người sử dụng có thể nạp các chương trình cho chíp mà không cần đến bộ nạp chuyên dụng

 Bộ chia tần số với hệ số chia là 12

 4 cổng xuất nhập với 32 chân

1.3.2 Các chân (Pinout)

Hình 1.1: Sơ đồ chân của vi điều khiển AT89S52

PORT 0 (P0.0-P0.7)

Port 0 gồm 8 chân,ngoài chức năng xuất nhập, port 0 còn là bus dữ liệu

và địa chỉ (AD0 – AD7),chức năng này sẽ được sử dụng khi 8051 giao tiếp với các thiết bị ngoài có kiến trúc Bus như các vi mạch nhớ…

PORT 1 (P1.0-P1.7)

Có chức năng xuất nhập theo bit và theo byte.Bên cạnh đó 3 chân P1.5 , P1.6 , P1.7 được dùng để nạp ROM theo chuNn ISP , 2 chân P1.0 và P1.1 được dùng cho bộ Timer 2

PORT 2 (P2.0-P2.7)

Là cổng vào/ra còn là byte cao của bus địa chỉ khi sử dụng bộn nhớ ngoài

PORT 3 (P3.0-P3.7)

Ngoài chức năng xuất nhập còn có chức năng riêng

P3.6 WR Xung ghi nhớ dữ liệu ngoài P3.7 RD Xung đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài

Bảng 1.1 : Chức năng riêng của Port 3

Chân PSEN (Program Store Enable) :

Là chân điều khiển đọc chương trình ở bộ nhớ ngoài,nó được phép đọc các byte mã lệnh trên ROM ngoài PSEN sẽ ở mức thấp trong thời gian đọc mã lệnh.Mã lệnh được đọc từ bộ nhớ ngoài qua bus dữ liệu (port 0) thanh ghi lệnh để được giải mã.khi thực hiện chương trình ROM nội thì PSEN ở mức cao

Chân ALE (Address Latch Enable) :

ALE là tín hiệu điều khiển chốt địa chỉ có tần số bằng 1/6 tần số dao động của vi điều khiển.Tín hiệu ALE được dùng để cho phép vi mạch chốt bên ngoài như 74373,74573 chốt byte địa chỉ thấp ra khỏi bus đa hợp địa chỉ/dữ liệu (Port 0)

Chân EA (External Access) :

Tín hiệu cho phép chọn bộ nhớ chương trình là bộ nhớ trong hay ngoài

vi điều khiển.Nếu EA ở mức cao (nối với VCC), thì vi điều khiển thi hành chương trình trong ROM nội.Nếu EA ở mức thấp(nối GND)thì vi điều khiển thi hành chương trình bộ nhớ ngoài

Các chân XTAL1, XTAL2 :

AT89S52 có một bộ dao động trên chíp , nó thường được nối với bộ dao động thạch anh có tần số lớn nhất là 33MHz,thông thường là 12MHz

1.4 Hoạt động định thời của AT89S52

Vi điều khiển AT89S52 có 3 bộ định thời 16 bit trong đó 2 bộ timer 0 và 1 có

4 chế độ hoạt động,timer 2 có 3 chế độ hoạt động.Các bộ định thời dùng để định khoảng thời gian(hẹn giờ),đếm sự kiện xảy ra bên ngoài bộ vi điều khiển hoặc tạo tốc độ baud cho công nối tiếp của vi điều khiển

1.4.1 Thanh ghi chế độ định thời TMOD

7 GATE1 Bit điều khiển cổng.Khi set lên 1,bộ định thời chỉ hoạt động

trong khi INT1 ở mức cao

6 C/T1 Bit chọn chức năng đếm hoặc định

thời 1=đếm sự kiện 0=định thời trong 1 khoảng thời gian

3 GATE0 Bit điều khiển cổng cho bộ định thời 0

2 C/T0 Bit chọn chức năng đếm hoặc định thời cho bộ định thời 0

1 M1 Bit chọn chế độ thứ nhất cho bộ định thời 0

0 M0 Bit chọn chế độ thứ 2 cho bộ định thời 0

Bảng 1.2 : Thanh ghi chọn chế độ định thời

1.4.2 Thanh ghi điều khiển Timer ( TCON)

Thanh ghi TCON chứa các bit trạng thái và các bit điều khiển cho Timer 0

và Timer 1

TCON.7 TF1 Cờ tràn của bộ định thời 1.Cờ này được set bởi

phần cứng khi có tràn,được xóa bởi phần mềm,hoặc bởi phần cứng khi bộ vi xử lý trỏ đến trình phục vụ ngắt

TCON.6 TR1 Bit điều khiển hoạt đong của bộ định thời 1.Bit

này được set hay xóa bằng phần mềm để điều khiển bộ định thời hoạt động hay ngưng

TCON.4 TR0 Bit điều khiển hoạt động của bộ định thời

TCON.3 IE1 Cờ ngắt bên ngoài 1(kích khởi cạnh).Cờ này

được set bởi phần cứng khi có cạnh âm (cuống) xuất hiện trên chan INT1,được xóa bởi phần

mềm,hoặc phần cứng khi CPU trỏ đến trình phục vụ ngắt

TCON.2 IT1 Cờ ngắt bên ngoài 1(kích khởi cạnh hoặc

mức).Cờ này được set hay xóa bởi phần mềm khi xảy ra cạnh âm hoặc mức thấp ở chân ngắt ngoài

TCON.0 IT0 Cờ ngắt bên ngoài 0(kích khởi cạnh hoặc mức)

Bảng 1.3: Thanh ghi điều khiển định thời TCON

1.4.3 Các chế độ đình thời Timer 0 và Timer 1

* Chế độ 0 : là chế độ định thời 13 bit , chế độ này tương thích với các

bộ vi điều khiển trước đó , trong các ứng dụng hiện nay chế độ này không còn thích hợp Trong chế độ này bộ định thời dùng 13 bit(8 bit cua TH và 5 bit cao của TL) để chứa giá trị đếm ,3 bit thấp của TL không được sử dụng

* Chế độ 1 : Trong chế độ này , bộ timer dùng cả 2 thanh ghi TH và TL

để chứa giá trị đếm , vì vậy chế độ này còn được gọi là chế độ định thời 16 bit Bit MSB sẽ là bit D7 của TH còn bit LSB là D0 của TL

* Chế độ 2 : Trong chế độ 2 , bộ định thời dùng TL để chứa giá trị đếm

và TH để chứa giá trị nạp lại vì vậy chế độ này còn gọi là chế độ tự nạp lại 8 bit.Sau khi đếm 255 sẽ xảy ra tràn,khi đó TF được đặt bằng 1 đồng thời giá trị của timer tự động được nạp lại bằng nội dung của TH

* Chế độ 3 : Trong chế độ 3 , Timer 0 được tách thành 2 bộ Timer hoạt

động độc lập , chế độ này sẽ cung cấp cho bộ vi điều khiển thêm một Timer nữa

Thanh Ghi chứa

cờ

Vector ngắt

1 INT0 Ngắt ngoài 0 khi có tín hiệu tích cực

2 Timer 0 Ngắt tràn timer0 khi giá trị timer0

tràn từ giá trị max về giá trị min

3 INT1 Ngắt ngoài 1 khi có tín hiệu tích cực

theo kiểu đã chọn ở chân P3.3

4 Timer 1 Ngắt tràn timer1 khi giá trị timer1

tràn từ giá trị max về giá trị min

5 Serial

Port

Ngắt cổng nối tiếp khi vi điều khiển nhận hoặc truyền xong một byte bằng cổng nối tiếp

Bảng 1.5: Thanh ghi cho phép ngắt IE

1.5.2 Ngắt do Timer

AT89S52 có 3 Timer là Timer 0 và Timer 1 và Timer 2 Các Timer này đều là Timer 16 bit, giá trị đếm max do đó bằng 65535 (đếm từ 0 đến 65535).Ba timer có nguyên lý hoạt động hoàn toàn giống nhau và độc lập

Các ngắt do các bộ Timer xảy ra do sự kiện tràn ở các Timer, khi đó các

cờ tràn TFx sẽ đươc đặt bằng 1.Khi ISR được đáp ứng, các cờ TFx sẽ tự động được xóa bởi phần mềm

1.5.3 Ngắt do cổng nối tiếp

Ngắt do cổng nối tiếp xảy ra khi hoặc cờ phát ngắt (TI) hoặc cờ ngắt thu (RI) được đặt bằng 1.ngắt phát xảy ra khi bộ đệm truyền rỗng , ngắt thu xảy ra

12MHz

khi 1 ký tự đã được nhận xong và đang đợi trong SBUF để được đọc

Các ngắt do cổng nối tiếp khác các ngắt do timer.cờ gây ra ngắt do PORT nối tiếp không bị xoá bằng phần cứng khi CPU chuyển tới ISR do có 2 nguồn ngắt do cổng nối tiếp TI và RI, nguồn ngắt phải được xác định trong ISR và cờ tạo ngắt sẽ được xoá bằng phần mềm

1.6 Sơ lược về các linh kiện điện tử sử dụng trong thiết kế

1.6.1 Thạch anh 12MHz

Hình 1.2 : Hình ảnh và kí hiệu của thạch anh

Chức năng: Là nguồn tạo xung nhịp dao động clock ổn định (12MHz)

cho dao động của vi điều khiển AT89C51 Thạch anh sẽ được gắn vào chân XTAL1 và XTAL2 (chân số 18 và 19 của AT89C51)

1.6.2 Tụ gốm, tụ hóa

Hình 1.3: Hình ảnh và ký hiệu của tụ điện

Tụ gốm: có chức năng lọc nhiễu cho dao động thạch anh, 2 tụ gốm

22pF sẽ được nối một đầu với chân của thạch anh, đầu còn lại nối xuống Mass

Tụ hóa: tụ hóa 10µF được gắn đầu âm vào chân Reset, đầu dương lên

nguồn Khi cấp điện cho mạch, tụ sẽ phóng điện khiến chân Reset bật lên mức cao, khi đó toàn bộ hệ thống sẽ được nạp lại từ đầu Khi vận hành thì tụ hóa ngăn dòng đi vào chân Reset

1.6.3 Điện trở

Hình 1.4: Hình ảnh và kí hiệu của điện trở

Chức năng: Điện trở có tác dụng hạn chế dòng điện đi qua các phần tử

trong mạch và phân cực cho transistor

1.6.4 Diode

Hình 1.5: Hình ảnh và ký hiệu của diode

Chức năng: là linh kiện điện tử chỉ cho phép dòng điện theo một chiều

nhất định, chiều ngược lại thì không thể chạy qua

1.6.5 LED đơn

Hình 1.6: Hình ảnh và kí hiệu của LED đơn

Chức năng: Với nhiều loại, hình dáng, màu sắc…, LED đơn được dùng

làm bộ phận hiển thị trong mạch

Khi được phân cực thuận, điện áp làm việc của Led vào khoảng cỡ 1,7V – 3V, dòng qua Led cỡ 5mA-20mA

- Led màu đỏ: điện áp từ 1,8 – 2,2V

- Led màu xanh dương: điện áp từ 2,8 – 3V

1.6.6 LED 7 đoạn

LED 7 đoạn có Anode (cực +) chung, đầu chung này được nối với VCC , các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các LED đơn, LED chỉ sáng khi tín hiệu đưa vào các chân ở mức 0

1.6.7 Relay

Hình 1.8: Hình ảnh và kí hiệu của relay DC5V

Relay đóng vai trò như một công tắc, nhưng không trực tiếp được nhấn bằng tay mà được mở bằng điện

Cấu tạo: Relay gồm 2 phần:

- Cuộn hút:

+ Tạo ra năng lượng từ trường để hút tiếp điểm về phía mình

+ Tùy vào điện áp làm việc người ta chia Relay ra DC: 5V, 12V, 24V

Chức năng: đóng ngắt mạch điện tự động

Trong mạch này sử dụng Relay Songle 5V 10A 5 Chân SRD-05VDC-SL-C

Relay Songle 5V 10A 5 Chân SRD-05VDC-SL-C có các thông số cơ bản:

+ Điện áp ngưỡng tiếp điểm : 10A- AC250V hoặc 10A- DC30V

1.6.8 Opto

Opto hay còn được gọi là bộ cách ly quang dùng để truyền tín hiệu điện bằng cách chuyển tín hiệu ánh sáng và sau đó mới truyền đi

Opto dùng để cách ly điện giữa đầu vào và đầu ra

Chức năng: Opto rất hay được sử dụng trong các hệ thống điện-điện tử

công suất lớn dùng để ngăn các xung điện áp cao hay các phần mạch điện công suất lớn có thể làm hư hỏng các ngõ điều khiển công suất nhỏ trên một bo mạch

Trong mạch sử dụng Opto PC817 Khi cung cấp điện áp 5V vào chân số

1, LED phía trong Opto nối giữa chân số 1 và 2 sáng, xảy ra hiệu ứng quang điện dẫn đến 3-4 thông, mức logic sẽ bị chuyển từ 1 sang 0 mà không cần tác động trực tiếp từ IC

Hình 1.9: Hình ảnh và kí hiệu của Opto

Sơ đồ chân Opto PC817:

+ Chân số 1: Anode

+ Chân số 2: Cathode

+ Chân số 3: Emitter – Phát

+ Chân số 4: Collecter – Thu

1.6.9 Module cảm biến hồng ngoại

Hình 1.10: Module cảm biến hồng ngoại

• Khi bật nguồn, đèn báo nguồn màu đỏ sáng

• VCC: điện áp chuyển đổi từ 3.3V đến 5V (có thể được kết nối trực tiếp đến vi điều khiển 5V và 3.3V)

• GND: GND ngoài

• OUT: đầu ra kỹ thuật số (0 và 1)

• Có thể điều chỉnh khoảng cách bằng biến trở

• Góc phát hiện: 35 °

• Kích thước: 28mm × 23mm

• Khối lượng: 9g

Nguyên lý hoạt động:

Hình 1.11 : Nguyên lý hoạt động của module cảm biến hồng ngoại

LED phát hồng ngoại sẽ phát ra sóng ánh sáng có bước sóng hồng ngoại , khi gặp vật màu sáng thì ở LED thu hồng ngoại sẽ thu được ánh sáng hồng ngoại

do bị phản xạ khi gặp vật cản màu sáng, đồng thời modun hồng ngoại xuất ra mức 0 ở chân OUT Khi gặp vật có màu đen tối thì LED thu hồng ngoại sẽ không thu được ánh sáng hồng ngoại là do bị vật có màu đen tối hấp thụ toàn bộ ánh sáng hồng ngoại do LED phát hồng ngoại phát ra và đồng thời module hồng ngoại xuất ra mức 1 ở chân OUT

1.6.10 Động cơ DC 5V

Xy lanh khí nén thường được sử dụng với van điện từ khí nén(thường là loại 3/2

hoặc 5/2) Xy lanh khí nén hoạt động là nhờ vào hệ thống cấp khí nén từ bên ngoài

vào Khi khí nén được cấp vào lỗ khí phía dưới của xi lanh lúc đó lượng khí đẩy piston trượt lên, theo hướng trục của xi lanh và ngược lại

1.6.12 Van điện từ khí nén 5/2

Hình 1.14: Van điện từ khí nén 5/2 DC24V

Van điện từ khí nén hay còn gọi là van đào chiều là một cơ cấu điều chỉnh hướng dòng khí nén qua van Van điện từ khí nén có tác dụng đóng hoặc ngắt dòng khí và điều chỉnh hướng của dòng khí

Nguyên tắc hoạt động của van 5/2:

Đầu A, B kí hiệu trên van điện từ nối với ống dẫn khí đến xi lanh lần lượt

là lỗ khí vào xi lanh phía trên và dưới của xi lanh Còn đầu P kí hiệu trên van thì cấp lượng khí vào đây

Khi van chưa kích điện thì lượng khí đi từ P đến A và vào xi lanh làm cho piston xi lanh hút về, còn khi van điện từ kích điện thì lượng khí đi từ P đến B và vào xi lanh làm cho piston đẩy lên

1.6.13 Động cơ Servo

Hình 1.15: Động cơ Servo DC5V

Servo là một dạng động cơ điện đặc biệt Không giống như động cơ

điều khiển (bằng xung PWM) với góc quay nằm trong khoảng bất kì từ 00 –

1800

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

2.1 Sơ đồ khối của hệ thống

KHỐI CHẤP HÀNH

KHỐI CẢM BIẾN

KHỐI HIỂN THỊ

KHỐI CÔNG TẮC