Luận Văn Thiết kế và thi công cân điện tử

IX DANH SÁCH HÌNH ..... Tr ng thái chân BOOT1 BOOT0.

B GIÁO D C & ÀO T O

B MÔN I N T CÔNG NGHI P –

 N I DUNG 2: D a trên các d li u thu th p đ c, l a ch n gi i pháp thi t

k và thi công mô hình k t n i các module v i KIT đi u khi n

 N I DUNG 3: Vi t ch ng trình đi u khi n cho vi đi u khi n, thi t k giao

di n màn hình cân đi n t

mô hình đ c t i u, s d ng d dàng ánh giá các thông s c a mô hình so

v i thông s th c t

 N I DUNG 5: Vi t báo cáo th c hi n

III NGÀY GIAO NHI M V : 10/09/2018

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 05/01/2019

V H VÀ TÊN CÁN B H NG D N: ThS Phan Vân Hoàn

CÁN B H NG D N BM I N T CÔNG NGHI P – Y SINH

29/10 – 4/11 Tính toán, hi n th đ c đo chi u cao

sao chép t tài li u hay công trình đã có tr c đó

Ng i th c hi n đ tài

Tr n Minh c

L I C M N

t n tình giúp đ , t o đi u ki n đ chúng em hoàn thành đ tài

Chúng em xin g i l i chân thành c m n các th y cô trong Khoa i n - i n T

đã t o nh ng đi u ki n t t nh t cho em hoàn thành đ tài

Chúng em c ng g i l i đ ng c m n đ n các b n l p 14141DT3A đã chia s trao

đ i ki n th c c ng nh nh ng kinh nghi m quý báu trong th i gian th c hi n đ tài Xin c m n đ n cha m

Xin chân thành c m n!

Ng i th c hi n đ tài

Tr n Minh c

cu c s ng c a con ng i V i tiêu chí ch m sóc s c kh e con ng i trong cu c s ng

hi n nay, chúng tôi ch n đ tài này đ thi t k mô hình cân đi n t th c t giúp nh n

bi t đ c th tr ng con ng i, đ có nh ng bi n pháp giúp c th tr nên kh e m nh

h n và h n ch đ c các b nh lý trong c th qua đó giúp nh n bi t t t nh t nh m cân

b ng th tr ng con ng i

tài này đ c nghiên c u th c hi n và c i ti n t nh ng trang thi t b cân đo

th c t có trong cu c s ng Qua đó giúp chúng ta áp d ng đ c l p trình vi x lý vào

mô hình cân đo h ng ngày

Sau quá trình nghiên c u thì chúng tôi đã thành công trong vi c hoàn thi n mô hình cân đo chi u cao và cân n ng, mang l i đ chính xác khá cao trong vi c đo đ t và

l i khuyên t mô hình cho ng i cân đo

M C L C

BÌA NGOÀI I NHI M V ÁN T T NGHI P II

L CH TRÌNH TH C HI N ÁN T T NGHI P IV

L I CAM OAN V

L I C M N VI TÓM T T VII

M C L C IX DANH SÁCH HÌNH XI DANH SÁCH B NG XIII

CH NG 1 T NG QUAN 1

1.1 T V N 1

1.2 M C TIÊU 1

1.3 N I DUNG NGHIÊN C U 2

1.4 GI I H N 2

1.5 B C C 2

CH NG 2 C S LÝ THUY T 4

2.1 T NG QUAN CÂN S C KH E VÀ O CHI U CAO BMI 4

2.1.1 Ch s BMI là gì? 4

2.1.2 BMI v i s c kh e con ng i 5

2.2 GI I THI U PH N C NG 7

2.2.1 T ng quan v ARM 7

2.2.2 Gi i thi u v ARM-Cortex-M3 STM32F1 9

2.2.3 C m bi n loadcell 11

2.2.4 Gi i thi u module HX711 13

2.2.5 Gi i thi u đ ng c b c 17

2.2.6 Gi i thi u modual L298N 21

2.2.7 Module gi i mã âm thanh VS1003 23

a Kh i x lý trung tâm 29

b Kh i hi n th 30

c Kh i đi u khi n 31

d Kh i c m bi n 33

e Kh i đ ng c 34

f Kh i âm thanh 36

g Kh i ngu n 39

3.2.3 S đ nguyên lý toàn h th ng 40

CH NG 4 THI CÔNG H TH NG 41

4.1 GI I THI U 41

4.2 THI CÔNG H TH NG 41

4.2.1 Thi công board m ch 41

4.2.2 L p ráp, hàn linh ki n và ki m tra 43

4.2.3 Thi công mô hình 44

4.3 L P TRÌNH H TH NG 46

4.3.1 L u đ gi i thu t 46

4.4.2 Ph n m m l p trình cho vi đi u khi n 52

4.4 TÀI LI U H NG D N S D NG, THAO TÁC 53

4.4.1 Vi t tài li u h ng d n s d ng 53

4.4.2 Quy trình thao tác 54

CH NG 5 K T QU _NH N XÉT_ ÁNH GIÁ 56

5.1 K T QU 56

5.1.1 K t qu ph n c ng 56

5.1.3 K t qu đo th 60

5.2 ÁNH GIÁ VÀ NH N XÉT K T QU 63

CH NG 6 K T LU N VÀ H NG PHÁT TRI N 65

6.1 K T LU N 65

6.2 H NG PHÁT TRI N 65

TÀI LI U THAM KH O 66

PH L C 67

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1: Bi u đ quan h gi a chi u cao và cân n ng con ng i 4

Hình 2.2: nh minh h a ng i g y 9

Hình 2.3: nh minh h a ng i béo phì 6

Hình 2.4: Ki n trúc c a vi x lí ARM Cotex-M7 9

Hình 2.5: Ki n trúc ARM Cortex-M3 10

Hình 2.6: Load cell 50kg 12

Hình 2.7: Load cell 5kg 12

Hình 2.8: M ch c u đi n tr Wheatstone 12

Hình 2.9: S thay d i đi n tr trên loadcell 13

Hình 2.10: Module HX711 13

Hình 2.11: S đ kh i ng d ng cân n ng 15

Hình 2.12: S đ chân trong module HX711 15

Hình 2.13: D li u đ u ra, đ u vào và th i gian l a ch n và ki m soát 17

Hình 2.14: ng c b c 18

Hình 2.15: C u t o đ ng c b c t tr 18

Hình 2.16: C u t o đ ng c b c đ n c c 19

Hình 2.17: C u t o đ ng c b c hai c c 20

Hình 2.18: C u t o đ ng c b c nhi u pha 21

Hình 2.19: S đ chân c a IC L298 22

Hình 2.20: Module L298N 23

Hình 2.21: S đ c u trúc và s đ chân VS1003 24

Hình 2.22: S đ k t n i chu n SPI Master-Slave 26

Hình 2.23: Quá trình truy n nh n SPI 27

Hình 3.1: S đ kh i c a h th ng 28

Hình 3.2: M t trên c a kit STM32F103RBT6 30

Hình 3.3: Màn hình LCD 2.8 inch 31

Hình 3.4: S đ nguyên lý c a KIT STM32 v i LCD 29

Hình 3.5: Nút nh n 12x12x12mm 32

Hình 3.6: S đ nguyên lý nút nh n v i KIT STM32 32

Hình 3.7: S đ nguyên lý c a kh i c m bi n đo cân n ng 34

Hình 3.8: Th t đ ng c quay thu n 35

Hình 3.9: Th t đ ng c quay ngh ch 35

Hình 3.10: Module công t c hành trình 35

Hình 3.11: S đ nguyên lý c a đ ng c b c v i L298 và KIT STM32 36

Hình 4.4: S đ b trí linh ki n c a m ch đi u khi n 42

Hình 4.5: Khung d i c a h th ng 44

Hình 4.6: Khung trên và b tr t c a h th ng 45

Hình 4.7: H p đ ng đ ng c 45

Hình 4.8: L u đ ch ng trình chính 46

Hình 4.9: L u đ ch ng trình cân n ng 47

Hình 4.10: L u đ đo chi u cao 48

Hình 4.11: L u đ đ c/phát nh c 49

Hình 4.12: L u đ ch đ phát nh c 50

Hình 4.13: L u đ phát nh c 50

Hình 4.14: L u đ đ c giá tr BMI 51

Hình 4.15: Giao di n ph n m m Keil uVision5 52

Hình 4.16: Giao di n màn hình chính 54

Hình 4.17: Giao di n màn hình nghe nh c 55

Hình 4.18: Giao di n màn hình đo 55

Hình 5.1: M ch x lý trung tâm 56

Hình 5.2: Giao di n hình nh c a cân đi n t 56

Hình 5.3: Mô hình cân đo cân n ng 57

Hình 5.4: Mô hình đo chi u cao 57

Hình 5.5: Mô hình b đi u khi n 58

Hình 5.6: Mô hình b x lý trung tâm 58

Hình 5.7: H th ng cân đi n t hoàn thi n 59

Hình 5.8: Ng i dùng ch nh h th ng tr c khi đo 60

Hình 5.9: Ng i dùng đ ng khi đang đo 61

Hình 5.10: Ng i dùng đo khi thanh tr t ch m đ u 62

Hình 5.11:Giao di n hi n th sau khi đo 63

DANH SÁCH B NG

B ng 2.1: ánh giá tiêu chu n c a t ch c y t th gi i 5

B ng 2.2: Các ch đ BOOT c a STM32F1 10

B ng 2.3: Mô t s đ ch c n ng các chân c a HX711 16

B ng 2.4: Quá trình ho t đ ng c a d li u đ u vào và d li u đ u ra 17

B ng 2.5: Mô t s đ ch c n ng các chân c a VS1003 24

B ng 3.1: Mô t chân k t n i c a VS1003 v i STM32F103RBT6 37

B ng 4.1: B ng linh ki n s d ng 43

B ng 4.2: Các b c l p ráp linh ki n 44

B ng 5.1: Ti n hành đo th nghi m 64

CH NG 1 T NG QUAN

1.1 T V N

Ngày nay v i s phát tri n c a công nghi p đi n t , k thu t s các h th ng d n

d n đ c t đ ng hoá V i s phát tri n c a vi x lí, vi m ch s đ c ng d ng vào l nh

v c đi u khi n giúp vi c x lý thông tin nhanh h n tr c đây giúp ph c v vào nhu c u

đ ng th i v i s giúp đ c a th y Phan Vân Hoàn nên nhóm ti n hành th c hi n đ tài:

“ Thi t k và thi công cân đi n t ”

H th ng s d ng vi đi u khi n STM32F103 giao ti p v i màn hình c m ng TFT LCD đ hi n th các thông s KIT đi u khi n đ c đ ng c thông qua module L298N

và loadcell qua module HX711 B gi i mã âm thanh VS1003 giúp phát đ c âm thanh

t th nh SD CARD

1.2 M C TIÊU

Thi t k và thi công đ c h th ng cân và đo chi u cao có ch c n ng:

- o đ c cân n ng b ng loadcell k t n i v i module HX711 đ chuy n tín hi u

đi n áp sang tín hi u s

- o đ c chi u cao b ng cách tính kho ng cách đi đ c c a đ ng c b c qua giao ti p v i module L298N

- Có các nút nh n đi u khi n 2 ch đ : Ch đ phát nh c lúc r nh và ch đ đ c cân n ng, chi u cao khi đo

- H th ng âm thanh đ c chi u cao và cân n ng Sau đó nh n xét k t lu n và đ a

ra l i khuyên cho ng i đo

1.3 N I DUNG NGHIÊN C U

 N I DUNG 1: Tìm hi u và tham kh o các tài li u, giáo trình, nghiên c u các ch

đ , các n i dung liên quan đ n đ tài

 N I DUNG 2: D a trên các d li u thu th p đ c, l a ch n gi i pháp thi t k và thi công mô hình k t n i các module v i KIT đi u khi n

 N I DUNG 3: Thi t k l u đ gi i thu t và vi t ch ng trình đi u khi n cho vi

đi u khi n, thi t k giao di n màn hình cân đi n t

 N I DUNG 4: Th nghi m và đi u ch nh ph n m m c ng nh ph n c ng đ mô hình đ c t i u, s d ng d dàng ánh giá các thông s c a mô hình so v i thông s th c t

 N I DUNG 5: ánh giá k t qu th c hi n

1.4 GI I H N

 o tr ng l ng t i đa đ c 200 kg và đo chi u cao là 2 m

 Công t c hành trình nh , ng i đo c n đ ng đúng vào v trí c a công t c

 Cân n ng và chi u cao hi n th s li u khác nhau sau m i l n đo khác nhau

 C n đ t cân nh ng v trí b ng ph ng tránh d c đ đ m b o vi c đo đ t chính xác

Ch ng này trình bày các lý thuy t có liên quan đ n các v n đ mà đ tài s dùng

đ th c hi n thi t k , thi công cho đ tài

 Ch ng 3: Thi t K và Tính Toán

Ch ng này có th g m k t qu thi công ph n c ng và nh ng k t qu hình nh trên màn hình hay mô ph ng tín hi u, k t qu th ng kê

 Ch ng 5: K t qu , nh n xét và đánh giá

Ch ng này đ a ra nh n xét và đánh giá s n ph m mô hình đã hoàn thành

 Ch ng 6: K t lu n và h ng phát tri n

Ch ng này trình bày ng n g n nh ng k t qu đã thu đ c d a vào nh ng

ph ng pháp, thu t toán đã ki n ngh ban đ u

Hình 2.1: Bi u đ quan h gi a chi u cao và cân n ng con ng i

Ch s kh i c th th ng đ c bi t đ n v i ch vi t t t BMI theo tên ti ng Anh Body Mass Index - đ c dùng đ đánh giá m c đ g y hay béo c a m t ng i

Ch s này do nhà bác h c ng i B là Adolphe Quetelet đ a ra n m 1832 Thông

th ng, ng i ta d a vào ch s này đ xác đ nh tình tr ng c th c a m t ng i nào đó

m c béo phì, th a cân, bình th ng, g y ho c quá g y

B ng 2.1: ánh giá tiêu chu n c a t ch c y t th gi i

Phân lo i WHO BMI (kg/m2) IDI & WPRO BMI (kg/m2)

 Nguy c c a ng i gây thi u cân là:

D b m c các b nh nh h huy t áp, loãng x ng do c th không đ ch t nh vitamin và khoáng ch t nên x ng không ch c kh e, r t giòn và d gãy

Suy y u h mi n d ch càng làm cho d m c b nh, đ c bi t là nh ng b nh nhi m trùng

Ng i g y th ng b m t kh i c , c y u, l ng l o ch không s n ch c do c th thi u đ m t c b p đ t o n ng l ng

Tóc và khô da có hi n t ng khô vì không đ c cung c p đ d ng ch t, khi đó, tóc còn có hi n t ng xác x và r ng nhi u còn da thì thi u h n l p m d i da s t o

nh ng n p nh n

Hình 2.2: nh minh h a ng i g y

 Nh ng nguy c v i ng i béo phì, th a cân:

Khi ch s BMI trên 25 thì thu c ng i th a cân (ng i Vi t Nam là trên 23), khi

đó s có nguy c :

Béo phì t c nhi u m d n đ n h p m ch vành nên d m c các ch ng b nh v tim

D b r i lo n lipid máu do n ng đ triglyceride và LDL –cholesterol trong máu cao, n ng đ HDL – cholesterol trong máu th p

N u ch s BMI l n h n 30, kh n ng m c các b nh v m ch máu não r t cao Nguy c m c ti u đ ng và huy t áp cao l n vì gi m kh n ng đi u hòa m c đ

đ ng huy t c a c th b ng vi c s n sinh insulin

Gi m ch c n ng hô h p, khó th d khi n m c b nh ng ng th khi ng , khi n não thi u oxy, t o h i ch ng Pickwick

Các b nh v đ ng tiêu hóa nh s i m t, ung th đ ng m t, b nh v gan, ru t,…

L ng m nhi u làm r i lo n bu ng tr ng gây t t kinh ho c r i lo n kinh nguy t, khó có con

2.2 GI I THI U PH N C NG.

2.2.1 T ng quan v ARM (Trích d n Wikipedia)

C u trúc ARM (vi t t t t tên g c là Acorn RISC Machine) là m t lo i c u trúc vi

x lý 32 bit ki u RISC (thu c ki n trúc Hardvard, có t p l nh rút g n) đ c s d ng

r ng rãi trong các thi t k nhúng Do có đ c đi m ti t ki m n ng l ng, các b CPU ARM chi m u th trong các s n ph m đi n t di đ ng mà v i các s n ph m này vi c tiêu tán công su t th p là m t m c tiêu thi t k quan tr ng hàng đ u

Vi c thi t k ARM đ c b t đ u t n m 1983 trong m t d án phát tri n c a công

ty máy tính Acorn Nhóm thi t k hoàn thành vi c phát tri n m u g i là ARM1 vào n m

1985, và vào n m sau, nhóm hoàn thành s n ph m “th c’’ g i là ARM2 v i thi t k đ n

gi n ch g m 30.000 transistor ARM2 có tuy n d li u 32 bit, không gian đ a ch 26 bit

t c cho phép qu n lý đ n 64 Mbyte đ a ch và 16 thanh ghi 32 bit Th h sau, ARM3,

đ c t o ra v i 4KB cache và có ch c n ng đ c c i thi n t t h n n a

Tr i qua nhi u th h nh ng lõi ARM g n nh không thay đ i kích th c ARM2

có 30.000 transistors trong khi ARM6 ch t ng lên đ n 35.000 Ý t ng c a nhà s n xu t lõi ARM là sao cho ng i s d ng có th ghép lõi ARM v i m t s b ph n tùy ch n nào đó đ t o ra m t CPU hoàn ch nh, m t lo i CPU mà có th t o ra trên nh ng nhà máy s n xu t bán d n c và v n ti p t c t o ra đ c s n ph m v i nhi u tính n ng mà giá thành v n th p

Th h thành công nh t có l là ARM7TDMI v i hàng tr m tri u lõi đ c s d ng trong các máy đi n tho i di đ ng, h th ng video game c m tay, và Sega Dreamcast Trong khi công ty ARM ch t p trung vào vi c bán lõi IP, c ng có m t s gi y phép t o

ra b vi đi u khi n d a trên lõi này

Ngày nay ARM đ c ng d ng r ng rãi trên m i l nh v c c a đ i s ng: Robot, máy tính, đi n tho i, xe h i, máy gi t…

ARM Cortex đ c chia làm 3 dòng:

 Cortex-A: B x lý dành cho h đi u hành và các ng d ng ph c t p H tr t p

l nh ARM, thumb, và thumb-2

 Cortex-R: B x lý dành cho h th ng đòi h i kh c khe v đáp ng th i gian

th c H tr t p l nh ARM, thumb và thumb-2

 Cortex-M: B x lý dành cho dòng vi đi u khi n, đ c thi t k đ t i u v giá thành H tr t p l nh Thumb-2

Giá tr s n m cu i tên c a 1 dòng ARM cho bi t v m c đ hi u su t t ng đ i

c a dòng đó Theo đó dòng ARM mang s 0 s có hi u su t th p nh t

T p đoàn ST Microelectronic đã cho ra m t dòng STM32, vi đi u khi n đ u tiên

d a trên n n lõi ARM M3 th h m i do hãng ARM thi t k , lõi ARM M3 là s c i ti n c a lõi ARMv7-M 32bit truy n th ng, t ng mang l i s thành công vang d i cho công ty ARM Dòng STM32 thi t l p các tiêu chu n m i v hi u su t, chi phí, c ng nh kh n ng đáp ng các ng d ng tiêu th n ng l ng th p và tính đi u khi n th i gian th c kh t khe

Chip ARM M7 là m t vi đi u khi n 32-bit cao c p nh t trong series

Cortex-M c a ARCortex-M cho đ n hi n nay Theo ARCortex-M, Cortex-Cortex-M7 có DSP (Digital Signal Processing: X lý tín hi u s ) cao g p đôi so v i Cortex-M4 do đó có th x lý cùng lúc

2 t p l nh, giúp cho M7 có th ho t đ ng m c xung nh p cao h n ây là dòng chip MCU 32-bit giúp t ng t c thông d ch d li u t các c m bi n thành thông tin s Nó

t ng g p đôi hi u n ng tính toán và DSP trong khi gi m thi u m c tiêu th đi n n ng

nh vào công ngh s n xu t 28nm Chip M7 h tr các thi t b nhúng đi u khi n gi ng nói ho c giao di n rich OS và còn đ c s d ng trong các smartphone ho c trên xe h i

đ đi u khi n các ch c n ng màn hình ch m và âm thanh ph c t p h n

Hình 2.4: Ki n trúc c a vi x lí ARM Cotex-M7

2.2.2 Gi i thi u v ARM-Cortex-M3 STM32F1

Dòng ARM STM32F1 đ c chia ra làm 5 nhóm nh , m i nhóm s có s dung

l ng b nh Flash, SRAM và s l ng ngo i vi khác nhau:

 Low-density: G m các vi đi u khi n STM32F101xx, STM32F102xx và STM32F103xx có b nh Flash t 16 đ n 32 Kbytes

 Medium-density: G m các vi đi u khi n STM32F101xx, STM32F102xx và STM32F103xx có b nh Flash t 64 đ n 128 Kbytes

 High-density: G m các vi đi u khi n STM32F101xx và STM32F103xx có b

Hình 2.5: Ki n trúc ARM Cortex-M3

a ch ngo i vi trong h ARM STM32F1 b t đ u t 0x40000000 k t thúc 0x500003FF s d ng các bus AHB, APB1, APB2 đ trao đ i d li u nh hình trên Vùng nh SRAM có đ a ch n n là 0x20000000 và có th truy xu t theo d ng byte, half word, word Vùng nh FLASH c a STM32F103RBT6 b t đ u t 0x08000000 đ n 0x0807FFFF

Dòng STM32F1 có 3 ch đ BOOT đ c ch n b i 2 chân BOOT0 và BOOT1 theo b ng 1

B ng 2.2: Các ch đ BOOT c a STM32F1

Tr ng thái chân

BOOT1 BOOT0

Ngu n cung c p cho ARM (VDD) ph i n m trong ph m vi t 2 đ n 3.6V (th ng

c p 3.3V) M t b đi u ch nh đi n áp bên trong đ c s d ng đ cung c p ngu n 1.8V cho lõi đi u khi n, SRAM và ngo i vi s

STM32F103RBT6 là vi đi u khi n c a hãng STmicroelectronic s d ng lõi ARM Cortex-M3 thu c dòng High-density v i b nh Flash 512Kb, b nh SRAM 64Kbytes,

t n s ho t đ ng lên t i 72Mhz, h tr các chu n giao ti p đa d ng nh CAN, I2C, SPI, UART/USART, USB, FSMC S d ng 4 ngu n t o dao đ ng bao g m t th ch anh ngo i t 4 t i 16Mhz, b dao đ ng RC n i t n s 8Mhz, b dao đ ng RC hi u chu n n i 40kHz và b dao đ ng 32kHz cho b RTC

Có các ch đ ti t ki m n ng l ng bao g m Sleep, Stop và Standby Có 2 kênh chuy n đ i DAC 12 bit, 16 kênh ADC 12 bit, 12 kênh DMA h tr nhi u ngo i vi, h

tr 2 chu n g l i bao g m SWD và JTAG Có 8 TIMER trong đó TIMER1 và TIMER8

là 2 TIMER nâng cao, TIMER6 & TIMER7 là TIMER c b n, các TIMER còn l i có

ch c n ng thông th ng

Dòng ARM Cortex là m t b x lí th h m i đ a ra m t ki n trúc chu n cho nhu

c u đa d ng v công ngh Không gi ng nh các chip ARM khác, dòng Cortex là m t lõi x lí hoàn thi n, đ a ra m t chu n CPU và ki n trúc h th ng chung Dòng Cortex

g m có 3 phân nhánh chính: dòng A dành cho các ng d ng cao c p, dòng R dành cho các ng d ng th i gian th c nh các đ u đ c và dòng M dành cho các ng d ng vi đi u khi n và chi phí th p STM32 đ c thi t k d a trên dòng Cortex-M3, dòng Cortex-M3

đ c thi t k đ c bi t đ nâng cao hi u su t h th ng, k t h p v i tiêu th n ng l ng

th p, CortexM3 đ c thi t k trên n n ki n trúc m i, do đó chi phí s n xu t đ th p đ

c nh tranh v i các dòng vi đi u khi n 8 và 16-bit truy n th ng

2.2.3 C m bi n loadcell

Loadcell là thi t b c m bi n dùng đ chuy n đ i l c ho c tr ng l ng thành tín

hi u đi n Loadcell th ng đ c s d ng đ c m ng các l c l n, t nh hay các l c bi n thiên ch m M t s tr ng h p loadcell đ c thi t k đ đo l c tác đ ng m nh ph thu c vào thi t k c a Loadcell

Hình 2.6: Load cell 50kg Hình 2.7: Load cell 5kg

Loadcell đ c c u t o b i hai thành ph n, thành ph n th nh t là "Strain gage" và thành ph n còn l i là "Load" Strain gage là m t đi n tr đ c bi t ch nh b ng móng tay, có đi n tr thay đ i khi b nén hay kéo dãn và đ c nuôi b ng m t ngu n đi n n

đ nh, đ c dán ch t lên “Load” - m t thanh kim lo i ch u t i có tính đàn h i

Nguyên lý ho t đ ng: Ho t đ ng d a trên nguyên lý c u đi n tr cân

b ng Wheatstone Giá tr l c tác d ng t l v i s thay đ i đi n tr c m ng trong c u

đi n tr , và do đó tr v tín hi u đi n áp t l

C u t o chính c a loadcell g m các đi n tr strain gauges R1, R2, R3, R4 k t n i thành 1 c u đi n tr Wheatstone nh hình d i và đ c dán vào b m t c a thân load cell

cân b ng (tr ng thái không t i), đi n áp tín hi u ra là s không ho c g n b ng không khi

b n đi n tr đ c g n phù h p v giá tr ó chính là lý do t i sao c u đi n tr Wheatstone còn đ c g i là m t m ch c u cân b ng

Khi có t i tr ng ho c l c tác đ ng lên thân loadcell làm cho thân loadcell b bi n

d ng (giãn ho c nén), đi u đó d n t i s thay đ i chi u dài và ti t di n c a các s i kim

lo i c a đi n tr strain gauges dán trên thân loadcell d n đ n m t s thay đ i giá tr c a các đi n tr strain gauges S thay đ i này d n t i s thay đ i trong đi n áp đ u ra

Hình 2.9: S thay d i đi n tr trên loadcell

S thay đ i đi n áp này là r t nh , do đó nó ch có th đ c đo và chuy n thành s sau khi đi qua b khu ch đ i c a các b ch th cân đi n t (đ u cân)

2.2.4 Gi i thi u module HX711

HX711 là b chuy n đ i t ng t k thu t s (ADC) 24 bit chính xác đ c thi t

k cho cân và các ng d ng đi u khi n công nghi p đ giao ti p tr c ti p v i c m bi n

B ghép kênh đ u vào ch n đ u vào vi sai Kênh A ho c B cho b khu ch đ i khu ch đ i có th l p trình ti ng n th p (PGA)

Kênh A có th đ c l p trình v i đ khu ch đ i 128 ho c 64, t ng ng v i đi n

áp đ u vào t ng ng là ± 20mV ho c ± 40mV, khi ngu n 5V đ c k t n i v i chân

c p ngu n t ng t VDD

Kênh B có đ khu ch đ i 32 B đi u ch nh ngu n cung c p đi n lo i b s c n thi t c a b đi u ch nh ngu n cung c p bên ngoài đ cung c p n ng l ng t ng t cho ADC và c m bi n Nó có th là t ngu n xung nh p bên ngoài, th ch anh ho c b dao

đ ng trên chip không yêu c u b t k thành ph n bên ngoài nào

Tính n ng và đ c đi m:

 Hai kênh đ u vào vi sai có th l a ch n

 PGA ho t đ ng trên chip v i đ khu ch đ i có th l a ch n là 32, 64 và 128

 B đi u ch nh ngu n trên chip đ cung c p n ng l ng t ng t cho loadcell và ADC

 B t o dao đ ng trên chip không yêu c u thành ph n bên ngoài v i tinh th ngoài tùy ch n

 i u khi n k thu t s đ n gi n và giao di n n i ti p: đi u khi n d a trên pin, không c n l p trình

Hình 2.11: S đ kh i ng d ng cân n ng

Hình 2.12: S đ chân trong module HX711

B ng 2.3: Mô t s đ ch c n ng các chân c a HX711

STT Tên Ch c n ng Ho t đ ng

1 VSUP Ngu n Vùng ho t đ ng: 2.7 ~ 5.5V

2 BASE Analog đ u ra i u ch nh đ u ra

3 AVDD Ngu n Analog cung c p: 2.6 ~ 5.5V

4 VFB Analog đ u vào i u ch nh đ u vào

5 AGND N i đ t Analog n i đ t

6 VBG Analog đ u ra u ra b qua tham chi u

7 INA- Analog đ u vào u vào kênh A âm

8 INA+ Analog đ u vào u vào kênh A d ng

9 INB- Analog đ u vào u vào kênh B âm

10 INB+ Analog đ u vào u vào kênh A d ng

11 PD_SCK u vào s i u khi n t t ngu n và đ u vào xung clock n i

ti p

12 DOUT u ra s u ra d li u n i ti p

13 XO I/O s Crystal I/O

14 XI u vào s Crystal I / O ho c đ u vào xung clock bên ngoài,

0: s d ng b dao đ ng trên chip

15 RATE u vào s Ki m soát t c đ d li u đ u ra, 0: 10Hz; 1:

80Hz

16 DVDD Ngu n Vùng ho t đ ng: 2.6 ~ 5.5V

Hình 2.13: D li u đ u ra, đ u vào và th i gian l a ch n và ki m soát.

B ng 2.4: Quá trình ho t đ ng c a d li u đ u vào và d li u đ u ra

Hình 2.14: ng c b c

ng c b c đ c chia làm hai lo i, nam châm v nh c u và bi n t tr (c ng có

lo i đ ng c h n h p n a, nh ng nó không khác bi t gì v i đ ng c nam châm v nh

c u) N u m t đi nhãn trên đ ng c , v n có th phân bi t hai lo i đ ng c này b ng c m giác mà không c n c p đi n cho chúng

ng c bi n t tr th ng có 3 m u, v i m t dây v chung Trong khi đó, đ ng

c nam châm v nh c u th ng có hai m u phân bi t, có ho c không có nút trung tâm Nút trung tâm đ c dùng trong đ ng c nam châm v nh c u đ n c c

Các đ ng c kém nh t quay 90 đ m i b c, trong khi đó các đ ng c nam châm

v nh c u x lý cao th ng quay 1.8 đ đ n 0.72 đ m i b c V i m t b đi u khi n,

N u motor có 3 cu n dây, v i m t đ u n i chung cho t t c các cu n, thì nó ch c

h n là m t đ ng c bi n t tr Khi s d ng, dây n i chung (C) th ng đ c n i vào

c c d ng c a ngu n và các cu n đ c kích theo th t liên t c

D u th p là rotor c a đ ng c bi n t tr quay 30 đ m i b c Rotor trong đ ng

c này có 4 r ng và stator có 6 c c, m i cu n qu n quanh hai c c đ i di n Khi cu n 1

đ c kích đi n, r ng X c a rotor b hút vào c c 1 N u dòng qua cu n 1 b ng t và đóng dòng qua cu n 2, rotor s quay 30 đ theo chi u kim đ ng h và r ng Y s hút vào c c

2

quay đ ng c này m t cách liên t c, ch c n c p đi n liên t c luân phiên cho 3

cu n Theo logic đ t ra, trong b ng d i đây 1 có ngh a là có dòng đi n đi qua các cu n,

và chu i đi u khi n sau s quay đ ng c theo chi u kim đ ng h 24 b c ho c 2 vòng:

8 dây ra th ng đ c qu n nh s đ trong hình, v i m t đ u n i trung tâm trên các

cu n Khi dùng, các đ u n i trung tâm th ng đ c n i vào c c d ng ngu n c p, và hai đ u còn l i c a m i m u l n l t n i đ t đ đ o chi u t tr ng t o b i cu n đó

x lý góc b c m c đ cao h n, rotor ph i có nhi u c c đ i x ng h n ng

c 30 đ m i b c trong hình là m t trong nh ng thi t k đ ng c nam châm v nh c u thông d ng nh t, m c dù đ ng c có b c 15 đ và 7.5 đ là khá l n Ng i ta c ng đã

m i b c nh nh t có th đ t đ c là 3.6 đ đ n 1.8 đ , còn t t h n n a, có th đ t đ n 0.72 đ

Nh trong hình, dòng đi n đi qua t đ u trung tâm c a m u 1 đ n đ u a t o ra c c

B c trong stator trong khi đó c c còn l i c a stator là c c Nam N u đi n m u 1 b

ng t và kích m u 2, rotor s quay 30 đ , hay 1 b c quay đ ng c m t cách liên t c, chúng ta ch c n áp đi n vào hai m u c a đông c theo dãy

ng c nhi u pha:

Hình 2.18: C u t o đ ng c b c nhi u pha

M t b ph n các đ ng không đ c ph bi n nh nh ng lo i trên đó là đ ng c nam châm v nh c u mà các cu n đ c qu n n i ti p thành m t vòng kín nh hình Thi t

k ph bi n nh t đ i v i lo i này s d ng dây n i 3 pha và 5 pha B đi u khi n c n ½

c u H cho m i m t đ u ra c a đ ng c , nh ng nh ng đ ng c này có th cung c p moment xo n l n h n so v i các lo i đ ng c b c khác cùng kích th c M t vài đ ng

Hình 2.19: S đ chân c a IC L298

Có hai m ch c u H trên m t IC L298 nên có th dùng đi u khi n hai đ i t ng v i

m t IC này M i m ch c u H bao g m m t đ ng ngu n Vs (th t ra là đ ng chung cho hai m ch c u), m t chân current sensing (c m bi n dòng cu i m ch c u H), chân này không đ c n i đ t mà đ ng i dùng n i m t đi n tr nh g i là sensing resistor B ng cách đo đi n áp r i trên đi n tr này ta có th tính đ c dòng ch y qua đi n tr , c ng là dòng qua đ ng c , m c đích c a vi c này là xác đ nh dòng quá t i

N u vi c đo l ng không c n thi t thì ta có th đ u chân này v i GND ng c

s đ c n i v i hai chân OUT1 và OUT2 ho c OUT3 và OUT4 Chân EN (ENA và ENB) cho phép IC ho t đ ng khi chân này m c cao

L298 không ch đ c dùng đ đ o chi u đ ng c mà còn đi u khi n v n t c đ ng

c b ng PWM Trong th c t , công su t th c c a L298N có th t i nh h n công su t danh ngh a c a nó ( U=5V, I=2A) M ch c u H đi u khi n đ ng c DC Trong đ tài này nhóm s d ng IC L298N đ làm driver đi u khi n tr c ti p đ ng c

Hình 2.20: Module L298N

L298N g m các chân:

 Chân ngu n 12V, chân ngu n 5V ây là 2 chân c p ngu n tr c ti p đ n đ ng

c Có th c p ngu n 9-12V chân 12V

 Chân GND chân này là GND c a ngu n c p cho ng c

 2 chân A enable và B enable là 2 chân đi u khi n t c đ 2 đ ng c riêng bi t

 G m có 4 chân Input IN1, IN2, IN3, IN4 Ch c n ng các chân này là đi u khi n chi u quay c a đ ng c

 Output A, output B: n i v i đ ng c Chú ý chân +, - N u n i ng c thì đ ng c

s ch y ng c Vì đ tài s d ng đ ng c b c nên n i đ ng c b c thì ph i

đ u n i các pha cho phù h p

2.2.7 Module gi i mã âm thanh VS1003

IC VS1003 là IC chuyên d ng gi i mã âm thanh c a hãng VLSI Solution v i các

t p tin âm thanh đ nh d ng MP3/MIDI/WMA/WAV Nó các đ c tính:

 Gi i mã MPEG 1 & 2 audio l p III (CBR +VBR +ABR); WMA 4.0/4.1/7/8/9 all profiles (5-384kbit/s); WAV (PCM + IMA ADPCM); General MIDI / SP-MIDI files

 Mã hóa IMA ADPCM t microphone ho c ngõ vào

 H tr truy n tr c tuy n cho MP3 và WAV

 i u khi n Bass và treble

 Ho t đ ng v i t n s xung lock 12.13Mhz

 Có b nhân t n s n i

 Ho t đ ng ch đ ti t ki m n ng l ng

 Có kh n ng s d ng v i tai nghe v i b t i 30Ω

 Chia đi n áp ho t đ ng cho tín hi u analog, tín hi u s và I/O

 Có b nh RAM 5.5Kb dùng cho code/data

 Giao di n đi u khi n và d li u n i ti p

 Có th đ c dùng nh 1 thi t b slave

 Có ch đ boot flash SPI cho các ng d ng đ c bi t

 Có giao ti p UART cho ch đ debugging

 Các ch c n ng m i đ c thêm vào ph n m m v i 4 chân GPIO

Hình 2.21: S đ c u trúc và s đ chân VS1003

Module gi i mã âm thanh VS1003 có IC chính VS1003, 2 jack audio 3.5mm, 1 microphone, IC n áp Chuyên s d ng cho vi c gi i mã các lo i âm thanh đ nh d ng MP3/WMA/MIDI/WAV Khi giao ti p v i các MCU thông qua chu n SPI nó đóng vai trò là 1 slave Module bao g m 9 chân bao g m đi u khi n, d li u và c p ngu n: 5V, GND, XRST, MISO, MOSI, SCLK, DREQ, XCS, XDCS Ch c n ng c a t ng chân:

B ng 0.5: Mô t s đ ch c n ng các chân c a VS1003

4 MISO Chân tr d li u t VS1003 v thi t b master

5 MOSI Chân g i mã l nh/d li u t master t i VS1003

6 SCLK Chân t o xung clock đ ng b quá trình truy n nh n

7 DREQ Chân yêu c u ng t c a VS1003, chân này s m c cao khi

s n sàng nh n d li u t master

8 XCS Chân chip select mã l nh

9 XDCS Chân chip select d li u

g i d li u t MCU đ n VS1003 thông qua SPI thì đ u tiên c n xem xét chân yêu c u ng t DREQ đã s n sàng ch a, n u DREQ đang m c cao thì kéo chân XDCS

xu ng m c th p sau đó g i 1 byte d li u đ n chân MOSI K t thúc quá trình g i s kéo chân XCS và XDCS lên m c cao đ s n sàng cho l n g i ti p theo

Tr c khi b t đ u quá trình ho t đ ng c n reset các giá tr trong các thanh ghi c a VS1003, quá trình này s g i các mã l nh đ n VS1003 đ đ t l i các giá tr g i mã

l nh thì tr c khi truy n ta kéo chân XCS v m c th p sau đó b t đ u truy n L u ý VS1003 giao ti p chu n SPI v i ch đ MSB t c là truy n bit có tr ng s cao đi tr c 2.2.8 Chu n giao ti p SPI

SPI (Serial Peripheral Bus) là m t chu n truy n thông n i ti p t c đ cao do hãng Motorola đ xu t ây là ki u truy n thông Master-Slave, trong đó 1 chip Master đi u

ph i quá trình truy n thông và các chip Slaves đ c đi u khi n b i Master vì th truy n thông ch x y ra gi a Master và Slave SPI là m t cách truy n song công ngh a là t i cùng m t th i đi m quá trình truy n và nh n có th x y ra đ ng th i SPI đôi khi đ c

g i là chu n truy n thông “4 dây” vì có 4 đ ng dây trong chu n này đó là SCK (Serial Clock), MISO (Master Input Slave Output), MOSI (Master Output Slave Input) và SS (Slave Select)

Trong đó SCK: Xung gi nh p cho giao ti p SPI, vì SPI là chu n truy n đ ng b nên c n 1 đ ng gi nh p, m i nh p trên SCK báo hi u 1 bit d li u đ n ho c đi ây là

đi m khác bi t v i truy n thông không đ ng b c a chu n UART S t n t i c a SCK giúp quá trình truy n ít b l i và vì th t c đ truy n c a SPI có th đ t r t cao Xung

nh p ch đ c t o ra b i Master

MISO: N u là chip Master thì đây là đ ng Input còn n u là chip Slave thì là Output MISO c a Master và Slave đ c n i tr c ti p v i nhau

MOSI: N u là chip Master thì đây là đ ng Output còn n u là chip Slave thì là Input MOSI c a Master và Slave đ c n i tr c ti p v i nhau

SS: SS là đ ng ch n Slave c n giao ti p, trên các chip Slave đ ng SS s m c cao khi không làm vi c N u chip Master kéo đ ng SS c a m t Slave nào đó xu ng

m c th p thì vi c giao ti p s x y ra gi a Master và Slave đó Ch có 1 đ ng SS trên

m i Slave nh ng có th có nhi u đ ng đi u khi n trên Master, tùy vào thi t k c a

ng i dùng

Hình d i th hi n m t k t n i SPI gi a m t chip Master và 3 chip Slave thông qua 4 đ ng

Hình 2.22: S đ k t n i chu n SPI Master-Slave

Ho t đ ng: M i chip Slave hay Master có m t thanh ghi d li u 8 bit C m i xung

nh p do Master t o ra trên đ ng gi nh p SCK, m t bit trong thanh ghi d li u c a Master đ c truy n qua Slave trên đ ng MOSI, đ ng th i m t bit trong thanh ghi d

li u c a Slave c ng đ c truy n qua Master trên đ ng MISO Do 2 gói d li u đ c

Thanh ghi d ch 8 bit

SS

Cho phép d ch Hình 2.23: Quá trình truy n nh n SPI

Ta th y bit MSB c a Master s đ c truy n đi đ u tiên sau đó d li u s đ c d ch trái 1 bit đ đ y bit d li u k ti p làm MSB ng th i v trí bit LSB s nh n bit d li u

t Slave truy n t i Quá trình truy n nh n c a Slave t ng t Master Sau m i 8 xung

nh p trên SCK thì quá trình truy n 8 bit hoàn thành ta đ c d li u t 2 thanh ghi này