Luận Văn Thiết kế và thi công dây chuyền phân loại đai ốc ứng dụng xử lý ảnh

LI TăKể HỊNH Hình 2... - Có các ch đ qu n lỦ ngu n nh Power on resetPOR, Power down resetPDR vƠ programmable voltage detector PVD... - Có các ng t h tr nh End conversion, End of Injected

B GIỄOăD Că&ă ÀOăT O

TR NGă I H CăS ăPH M K THU T TP H CHệăMINH

KHOAă I N ậ I N T

B MỌNă I N T CỌNGăNGHI P ậ Y SINH

-

ỄNăT T NGHI P

NGÀNHăCỌNGăNGH K THU Tă I N T TRUY NăTHỌNG

TÀI: THI T K VÀăTHIăCỌNGăDỂYăCHUY N PHỂNăLO Iă AIă C NG D NG X Lụă NH

SVTH: NGUY NăV NăTÀIăăăăăă 15141273 NGUY NăMINHă C 15141135

Tp H ChíăMinhă- 6/2019

TR NGă HăSPKTăTP.ăH ăCHệăMINH

KHOAă I N- I NăT

B ăMỌNă I NăT ăCỌNGăNGHI Păậ Y SINH

C NGăHọAăXÃăH IăCH ăNGH AăVI TăNAM

CăL Pă- T ăDOă- H NHăPHÚC

o0o

Nguy n Minh c MSSV: 15141135

Chuyên ngƠnh: K thu t đi n t - truy n thông Mư ngƠnh: 141

AIă Că NGăD NGăX ăLụă NH

II NHI M V

1 Các s li u ban đ u:

Mô hình dơy chuy n phơn lo i đai c ng d ng x lỦ nh s d ng đ ng c DC 12V, khung xơy d ng b ng nhôm đ nh hình, camera s d ng lƠ lo i webcam C270,

vi đi u khi n s d ng STM32F103C8T6, ph n x lỦ nh dùng máy vi tính Giao

ti p gi a máy tính vƠ vi đi u khi n qua IC PL2303 d a trên giao ti p UART

Ch ng trình x lỦ nh trên máy tính vi t b ng ngôn ng C++ d a trên b th vi n

mư ngu n m OpenCV vƠ đ c t o giao di n b ng ph n m m QT Creator

2 N i dung th c hi n:

- Tìm hi u cách th c ho t đ ng c a các h th ng phơn lo i dùng x lỦ nh

- Tìm hi u chu n giao ti p UART, đ ng c DC, c m bi n h ng ngo i, encoder

- Tìm hi u v vi đi u khi n STM32F103C8T6

- Thi t k vƠ thi công mô hình dơy chuy n phơn lo i

- Thi t k vƠ thi công m ch đi n cho h th ng

- Vi t ch ng trình x lỦ nh trên máy tính dùng ph n m m QT Creator

- Vi t ch ng trình đi u khi n cho vi đi u khi n STM32F103C8T6

- Ch y th nghi m mô hình, ch nh s a vƠ hoƠn thi n h th ng

- Th c hi n vi t lu n v n báo cáo

- Ti n hƠnh báo cáo đ tƠi t t nghi p

CỄNăB ăH NGăD NăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăăBM.ă I NăT ăCỌNGăNGHI Păậ Y

SINH

TR NG H SPKT TP H CHệ MINH

KHOAă I N- I N T

B MỌNă I N T CỌNGăNGHI P ậ Y SINH

C NGăHọAăXÃăH I CH NGH AăVI T NAM

C L P - T DO - H NHăPHÚC

Tp HCM, ngƠy 18 tháng 02 n m 2019

L CHăTRỊNHăTH C HI Nă ỄNăT T NGHI P

H tên sinh viên 1: Nguy n Minh c L p: 15141DT2C MSSV: 15141135

H tên sinh viên 2: Nguy n V n TƠi L p: 15141DT2C MSSV: 15141273

AIă C NG D NG X Lụă NH

Tu n 1

(18/02 - 24/02)

- G p GVHD đ nghe ph bi n yêu c u lƠm đ

án, ti n hƠnh ch n đ tƠi, GVHD ti n hƠnh xét duy t đ tƠi

- Ti n hƠnh thi công m ch

- Ki m tra m ch thi công

- N p quy n báo cáo vƠ báo cáo đ tƠi

- Thi t k Slide báo cáo

(KỦ vƠ ghi rõ h vƠ tên)

L I C Mă N

L i đ u tiên, nhóm th c hi n đ tƠi xin g i l i c m n chơn thƠnh đ n th y

Võ c D ng - gi ng viên khoa i n- i n t , đư theo sát h tr vƠ h ng d n nhóm

m t cách chi ti t trong quá trình th c hi n đ tƠi Th y luôn h tr h t mình, gi i đáp

th c m c, ch ra sai sót c ng nh g i Ủ nh ng ph ng án th c hi n sao cho kh thi vƠ

d ti p c n nh t

Trong quá trình th c hi n án t t ngi p chúng em đư nh n đ c s giúp đ

vƠ ng h c a các th y, cô trong khoa i n- i n t S h tr c a các th y, cô đư góp ph n không nh giúp chúng em hoƠn thƠnh đ tƠi nƠy

Nhóm đ tƠi c ng xin c m n các b n sinh viên trong khoa i n- i n t đư

nhi t tình giúp đ , h tr nhóm, chia s kinh nghi m Nh ng đóng góp c a các b n luôn đ c nhóm ti p nh n vƠ xem xét k l ng

Cu i cùng, nhóm xin c m n chơn thƠnh vƠ sơu s c đ n nh ng ng i thơn đ c

bi t lƠ quỦ ph huynh - nh ng ng i luôn bên c nh h tr h t mình v tƠi chính c ng

nh tinh th n trong su t quá trình h c t p c ng nh th c hi n đ tƠi nƠy

Dù đư c g ng vƠ n l c tuy nhiên v i nh ng h n ch v ki n th c vƠ kinh

nghi m, đ tƠi không th tránh đ c còn nhi u thi u sót Nhóm mong nh n đ c s đóng góp, nh n xét đ c a các th y, cô vƠ b n bè đ có th hoƠn thi n đ tƠi h n Xin chơn thƠnh c m n!

Ng i th c hi n đ tƠi

Nguy n V n TƠi Nguy n Minh c

M C L C

L CH TRỊNH TH C HI N ÁN T T NGHI P ii

L I CAM OAN iv

L I C M N v

LI T Kể HỊNH viii

LI T Kể B NG x

TịM T T xi

Ch ng 1 T NG QUAN 1

1.1 T V N 1

1.2 M C TIểU VÀ GI I H N 2

1.3 N I DUNG NGHIểN C U 2

1.4 GI I H N 3

1.5 B C C 3

Ch ng 2 C S Lụ THUY T 5

2.1 T NG QUAN V X Lụ NH 5

2.1.1 Gi i thi u v nh s 5

2.1.2 Ph ng pháp thu nh n nh 6

2.1.3 Gi i thi u v th vi n OpenCV vƠ camera Logitech C270 6

2.1.4 i u ch nh đ sáng vƠ đ t ng ph n 7

2.1.5 L c nhi u nh 8

2.2 TỊM NG BIểN C A NH 13

2.3 GIAO TI P UART 15

2.4 VI I U KHI N STM32F103C8T6 17

2.4.1 T ng quan 17

2.4.2 C u trúc h th ng 18

2.4.3 T ìm hi u GPIO 21

2.4.4 Timer vƠ PWM 23

2.5 NG C DC 25

2.6 ENCODER 26

2.7 C M BI N H NG NGO I 29

Ch ng 3 TệNH TOÁN VÀ THI T K H TH NG 31

3.1 THI T K S KH I 31

3.2 TệNH TOÁN THI T K M CH 32

3.2.1 Kh i vi đi u khi n vƠ giao ti p máy tính 32

3.2.2 Kh i c m bi n vƠ encoder 35

3.2.3 Kh i công su t đi u khi n t i 35

3.2.4 Kh i ngu n 39

3.2.5 M ch PCB 41

3.2.6 S đ nguyên lỦ toƠn m ch 43

3.3 TệNH TOÁN THI T K MỌ HỊNH 44

3.3.1 C c u c p phôi 44

3.3.2 B ng t i 46

3.3.3 C c u phơn lo i 46

3.3.4 H p đi n 49

Ch ng 4 THI CỌNG H TH NG 50

4.1 GI I THI U 50

4.2 THI CỌNG M CH I N 50

4.2.1 Linh ki n s d ng trong m ch đi n 50

4.2.2 L p ráp vƠ ki m tra m ch đi n 51

4.3 THI CỌNG MỌ HỊNH 52

4.3.1 V t li u, linh ki n s d ng 52

4.3.2 Các b c thi công 53

4.4 L P TRỊNH H TH NG 57

4.4.1 L u đ gi i thu t cho vi đi u khi n 57

4.4.2 L u đ gi i thu t cho ch ng trình x lỦ nh 63

4.4.3 Ph n m m QT Creator 65

4.4.4 Trình biên d ch Keil µVision 5 70

Ch ng 5 K T QU - NH N XÉT ậ ÁNH GIÁ 75

Ch ng 6 K T LU N VÀ H NG PHÁT TRI N 81

6.1 K T LU N 81

6.2 H NG PHÁT TRI N 81

TÀI LI U THAM KH O 82

PH L C 83

LI TăKể HỊNH

Hình 2 1 Các b c x lỦ nh 5

Hình 2 2 Hình nh Webcam Logitech C270 7

Hình 2 3 M t m t n l c kích th c 3x3 9

Hình 2 4 Ví d v ph n t trung v 10

Hình 2 5 Các h ng xét giá tr 15

Hình 2 6 S đ c u trúc các kh i c a STM32F103C8T6 18

Hình 2 7 S đ ngu n xung clock c a STM32F103C8T6 20

Hình 2 8 Thanh ghi c u hình ch c n ng chơn GPIO c a port 22

Hình 2 9 Thanh ghi đ c giá tr ngõ vƠo 23

Hình 2 10 Thanh ghi ch n giá tr ngõ ra c a port 23

Hình 2 11 ng c GA25 26

Hình 2 12 a encoder t ng đ i ki u quay 28

Hình 2 13 Hình nh encoder quang 100 xung 28

Hình 2 14 Led phát h ng ngo i 29

Hình 2 15 Kí hi u đi- t quang 29

Hình 2 16 Kí hi u transistor quang 30

Hình 2 17 C m bi n h ng ngo i E18-D80NK 30

Hình 3 1 S đ kh i c a h th ng 31

Hình 3 2 S đ m ch vi đi u khi n 33

Hình 3 3 M ch chuy n USB UART PL2303 34

Hình 3 4 C ng domino k t n i c m bi n vƠ encoder 35

Hình 3 5 S đ k t n i c m bi n vƠ encoder 35

Hình 3 6 S đ m ch công su t đi u khi n đ ng c DC dùng PWM 36

Hình 3 7 S đ m ch công su t đi u khi n đ ng c DC b ng relay 37

Hình 3 8 S đ m ch công su t đi u khi n servo 38

Hình 3 9 S đ m ch công su t đi u khi n led r i 38

Hình 3 10 S đ m ch led báo tr ng thái các t i 39

Hình 3 11 S đ m ch ngu n 41

Hình 3 12 Hình nh m ch PCB 41

Hình 3 13 Hình nh 3D c a m ch in m t trên 42

Hình 3 14 Hình nh 3D c a m ch in nhìn nghiêng 42

Hình 3 15 S đ nguyên lỦ toƠn m ch 43

Hình 3 16 Hình nh con l n thi t k 44

Hình 3 17 Hình nh bánh r ng thi t k 45

Hình 3 18 M t tr c puly 46

Hình 3 19 Tr c ph c a đ a quay 47

Hình 3 20 Puly tr c đ a 48

Hình 3 21 S đ n i dơy h p đi n 49

Hình 4 1 M ch sau khi hƠn linh ki n 51

Hình 4 2 Hình nh bánh r ng th c t 53

Hình 4 3 Hình nh c c u c p phôi sau khi thi công 53

Hình 4 4 B ng t i m t bên 54

Hình 4 5 B ng t i m t trên 54

Hình 4 6 C m bi n h ng ngo i phát hi n phôi 55

Hình 4 7 H p camera vƠ khung đ a quay 55

Hình 4 8 C c u g t phôi 56

Hình 4 9 Encoder vƠ puly truy n đ ng cho đ a quay 56

Hình 4 10 Mô hình nhìn t phía tr c 57

Hình 4 11 Mô hình nhìn t trên xu ng 57

Hình 4 12 L u đ ch ng trình chính 58

Hình 4 13 L u đ hƠm kh i t o GPIO 59

Hình 4 14 L u đ hƠm kh i t o UART 60

Hình 4 15 L u đ hƠm x lỦ PWM 61

Hình 4 16 L u đ hƠm đi u khi n Servo 62

Hình 4 17 L u đ hƠm nh n d li u 63

Hình 4 18 L u đ ch ng trình chính x lỦ nh 64

Hình 4 19 C a s lƠm vi c c a QT Creator 66

Hình 4 20 Giao di n kh i đ ng QT Creator 67

Hình 4 21 C a s t o New Project 67

Hình 4 22 t tên vƠ ch n đ ng d n l u project 68

Hình 4 23 Giao di n ch ng trình sau khi t o project m i 68

Hình 4 24 Thêm đ ng d n th vi n OpenCV vƠo project 69

Hình 4 25 Giao di n l p trình UI c a QT Creator 69

Hình 4 26 Bi u t ng trình biên d ch Keil µVision 5 70

Hình 4 27 Giao di n c a trình biên d ch Keil µVision 5 70

Hình 4 28 Th vi n cho STM32F1 71

Hình 4 29 Cơy th m c ch a project 71

Hình 4 30 T o project m i 72

Hình 4 31 Menu dùng đ ch n chip STM32F103C8 72

Hình 4 32 C a s c u hình cho project 73

Hình 4 33 T o th m c main.c 74

Hình 4 34 Cơy th m c c a project 74

Hình 5 1 C p ngu n cho mô hình 75

Hình 5 2 Giao di n ch ng trình x lỦ nh trên máy tính 75

Hình 5 3 ai c t l ng c p phôi r i xu ng b ng t i 76

Hình 5 4 ai c sau khi đ c ch p b i camera 77

Hình 5 5 Các đai c t b ng t i t i đ a phơn lo i 77

Hình 5 6 Thanh g t đai c đ t yêu c u 78

Hình 5 7 Servo g t v t không đ t yêu c u 78

Hình 5 8 Các hình ch p đ c l u l i trong th m c 79

LI TăKể B NG B ng Trang B ng 3 1 B ng c u hình ch đ n p c a vi đi u khi n 33

B ng 3 2 i n áp ho t đ ng vƠ dòng tiêu th c a m t s linh ki n 40

B ng 4 1 Danh sách các linh ki n 50

B ng 4 2 Các linh ki n, v t li u đ c s d ng trong mô hình 52

TịMăT T

ng d ng th giác máy vƠo đ i s ng vƠ s n xu t lƠ m t đi u t t y u hi n nay

nh m giúp t ng n ng su t vƠ đ m b o s tin c y, chính vì v y nh m ti p c n các ki n

th c m i vƠ theo k p s phát tri n c a k thu t, nhóm quy t đ nh th c hi n đ tƠi ắThi t k vƠ thi công dơy chuy n phơn lo i đai c ng d ng x lỦ nh”, đơy lƠ mô hình phơn lo i s n ph m Ho t đ ng c a mô hình d a trên nguyên lỦ x lỦ tín hi u s (hình nh) v i ngôn ng l p trình C++ vƠ th vi n OpenCV nh m phơn bi t các đai

c không đúng kích th c, sau đó chuy n tín hi u v cho m ch đi n trung tơm x lỦ

đi u khi n các c c u ch p hƠnh M c tiêu c a đ tƠi lƠ thi công m t mô hình dơy

chuy n có th phơn lo i các đai c kích c khác nhau Vi c x lỦ hình nh đ c máy tính đ m nhi m nh m đ m b o t c đ x lỦ Ch ng trình x lỦ đ c vi t thƠnh ph n

m m có giao di n đ tr c quan vƠ d qu n lỦ

Ch ngă1.ăT NG QUAN

Công nghi p ngƠy cƠng phát tri n, các nhƠ máy đ c xơy d ng kh p n i Trong các nhƠ máy thì dơy chuy n t đ ng hóa c ng ngƠy cƠng ph bi n, thay th cho vi c s d ng nhơn công, gi m công s c b ra nh ng l i đ t đ c hi u qu cao h n i kèm v i các dơy truy n s n xu t t đ ng luôn lƠ v n đ phơn lo i s n ph m ơy lƠ v n đ không

m i vƠ có m t h u h t m i nhƠ máy nó không ch giúp ti t gi m nhơn l c mƠ còn giúp

đ m b o ch t l ng c a s n ph m tr c khi xu t x ng

Phơn lo i s n ph m có nhi u cách, tùy vƠo y u t c n phơn lo i vƠ s n ph m mƠ

ta có th ch n l a cách th c phù h p nh phơn lo i theo kích th c, theo mƠu s c, theo hình d ng, theo l i… Trong đó phơn lo i theo s n ph m l i lƠ ph c t p nh t tuy nhiên đơy c ng lƠ v n đ xu t hi n t t c các dơy chuy n s n xu t có th phơn lo i theo

s n ph m l i ta có th s d ng th giác máy tính c th lƠ ph ng pháp x lỦ hình nh,

v i ph ng pháp nƠy có th x lỦ nhanh vƠ chính xác các l i mƠ ngay c m t th ng

c ng khó nh n bi t, v i nh ng s n ph m nhi u chi ti t, các l i ph c t p thì ta c n k t

h p v i các ph ng pháp nh m ng n -ron, h c máy… đ x lỦ đ t đ c hi u qu

[1-2]

Hi n nay đư có nhi u nghiên c u v phơn lo i s n ph m dùng th giác máy mƠ c th

lƠ x lỦ nh, các công ty c ng cho ra đ i nhi u lo i smart camera tích h p s n b x lỦ hình nh ng d ng cho công nghi p Tuy nhiên giá thƠnh các camera nƠy lƠ r t cao vƠ

ch phù h p cho các nhƠ máy l n v i nh ng dơy chuy n hi n đ i NgoƠi ra c ng đư có

nhi u đ tƠi c a sinh viên nghiên c u v ng d ng x lỦ nh ho c v đi u khi n đ ng

c , dơy chuy n Phan V n Ph ng vƠ Tr n Trí Tơm nghiên c u đ tƠi ắ ng d ng x lỦ

nh c nh báo tƠi x ng g t” s d ng th vi n OpenCV l p trình trên n n t ng Window

vƠ Linux (kit Raspberry) đ c nh báo tƠi x ng g t qua vi c x lỦ hình ch p đ xác

đ nh tƠi x nh m hay m m t, có c nh báo n u tƠi x ng g t [3] Phan Tr ng Thu t vƠ

Nguy n V n úng th c hi n đ tƠi ắPhơn lo i s n ph m dùng camera” qua đó nghiên

c u các ph ng th c ng d ng x lỦ nh đ phơn lo i đ i t ng [4] Lê Qu c Nh t vƠ Chơu Thái B o th c hi n ắNh n d ng th t mƠu cho cáp k t n i trong công nghi p dùng x lỦ nh”, s d ng th vi n OpenCV vƠ ph n m m Visual Studio 2013 (C++) đ

nh n di n th t mƠu cho dơy cáp k t n i, h th ng có giao di n th ng kê thông s mƠu,

ki m tra sai s so v i mƠu chu n [5] Tr n Thanh Sang vƠ Tr n M nh Hùng th c hi n

đ tƠi ắThi t k h th ng nh n d ng bi n s xe” t đó đ a ra nh ng ph ng pháp phát

hi n bi n s xe d a trên vi c x lỦ hình nh [6] Lê Doưn Th ng v i đ tƠi ắThi t k thi công b đi u khi n máy ch y b đi n” đư nghiên c u kit STM32F103VET6 vƠ s d ng kit nƠy đ đi u khi n t c đ đ ng c đ ng c DC c a máy ch y b [7]

V i m c đích nghiên c u, h c h i vƠ áp d ng nh ng ki n th c đư đ c h c v x lỦ

nh, vi đi u khi n, đi n t c b n…, chúng em quy t đ nh th c hi n đ tƠi ắThi t k vƠ thi công dơy chuy n phơn lo i đai c ng d ng x lỦ nh” Dơy chuy n s d ng vi đi u

khi n trung tơm lƠ STM32F103C8T6, c m bi n h ng ngo i, đ ng c DC, USB camera

đ l y nh, đèn led chi u sáng m u, máy tính v i h đi u hƠnh Window đ x lỦ nh s

d ng th vi n mư ngu n m OpenCV Dơy chuy n có th phơn lo i các đai c b sai kích th c, b l ch tơm, b méo Các thông s c a dơy chuy n có th cƠi đ t vƠ giám sát

qua ph n m m trên máy tính u đi m c a vi c s d ng USB camera k t h p máy tính cùng b x lỦ dùng vi đi u khi n lƠ giá thƠnh r , nh g n, có th th c hi n, v n hƠnh vƠ

s a ch a d dƠng [8]

1.2 M CăTIểUăVÀăGI I H N

Thi t k vƠ thi công m t dơy chuy n có th phơn lo i đai c ng d ng x lỦ nh dùng

th vi n mư ngu n m OpenCV vi t trên ngôn ng C++ Dơy chuy n có th phơn lo i các đai c b sai kích th c, b méo Các thông s c a dơy chuy n có th cƠi đ t vƠ giám sát qua ph n m m trên máy tính s d ng h đi u hƠnh Window Máy tính s giao ti p

v i vi đi u khi n thông qua giao ti p UART

1.3 N IăDUNGăNGHIểNăC U

- Tìm hi u cách th c ho t đ ng c a các h th ng phơn lo i dùng x lỦ nh

- Tìm hi u chu n giao ti p UART, đ ng c DC, c m bi n h ng ngo i, encoder

- Tìm hi u v vi đi u khi n STM32F103C8T6

- Thi t k vƠ thi công mô hình dơy chuy n phơn lo i

- Thi t k vƠ thi công m ch đi n cho h th ng

- Vi t ch ng trình x lỦ nh trên máy tính dùng ph n m m QT Creator

- Vi t ch ng trình đi u khi n cho vi đi u khi n STM32F103C8T6

- Ch y th nghi m mô hình, ch nh s a vƠ hoƠn thi n h th ng

- Th c hi n vi t lu n v n báo cáo

- Ti n hƠnh báo cáo đ tƠi t t nghi p

1.4 GI I H N

- S d ng USB Camera đ thu nh n nh vƠ dùng máy tính PC ho c laptop trên h

đi u hƠnh Window đ x lỦ hình nh thu đ c

- Dơy chuy n phơn lo i đai c l c giác lo i M10 đ dƠy 8mm, kho ng các gi a 2

đ nh đ i di n lƠ 18.9mm, kho ng cách gi a 2 c nh đ i di n lƠ 17mm v i các đai

Ch ngă2:ăC ăS LụăTHUY T

Gi i thi u các c s lỦ thuy t g m lỦ thuy t v x lỦ nh, các linh ki n vƠ thi t b s

d ng đ thi t k h th ng vƠ trình bƠy các chu n truy n, giao th c

Ch ngă3:ăTệNHăTOỄNăVÀăTHI T K H TH NG

Thi t k s đ kh i c a h th ng, đ a ra s đ nguyên lí c a các kh i trong h th ng

vƠ th c hi n vi c tính toán thi t k

Ch ngă4:ăTHIăCỌNGăH TH NG

Trình bƠy v thi t k l u đ , đ a ra gi i thu t vƠ vi t ch ng trình Quá trình thi công

m ch đi n, mô hình h th ng hoƠn ch nh

Ch ngă5:ăK T QU - NH NăXÉT - ỄNHăGIỄ

a ra k t qu đ t đ c sau khi thi công mô hình, rút ra nh ng nh n xét, đánh giá toƠn b h th ng

Ch ngă6:ăK T LU NăVÀăH NGăPHỄTăTRI N

Trình bƠy nh ng k t lu n v h th ng nh ng ph n đư lƠm vƠ ch a lƠm, đ ng th i nêu

ra h ng phát tri n cho h th ng

C h ngă2 C ăS LụăTHUY T

2.1 T NG QUAN V X Lụă NH

X lỦ nh lƠ quá trình x lỦ s tín hi u đơy lƠ tín hi u hình nh Hi n nay x lỦ

nh đang phát tri n r t m nh m , vì ng d ng c a nó r t r ng vƠ h u ích bao g m r t

nhi u l nh v c: s n xu t, kinh t , đ i s ng, y t , quơn s … Chúng ta có th chia x lỦ

nh thƠnh b n nhóm ng v i b n l nh v c chính: x lỦ nơng cao ch t l ng nh, nh n

d ng nh, truy v n nh vƠ nén nh Trong đ tƠi nƠy s tìm hi u v l nh v c nh n d ng

nh Các b c c b n c a x lỦ nh nh hình 2.1

2.1.1 Gi i thi u v nh s

nh s lƠ t p h p các đi m nh (Pixel) có giá tr m c xám xác đ nh dùng đ mô

t nh g n v i nh th t, trong đ tƠi nƠy ch xét đ n nh 2 chi u, m t nh sau khi đ c

s hóa có th đ c mô t nh m t ma tr n đi m A[M, N] trong không gian hai chi u trong đó M vƠ N lƠ s c t vƠ s hƠng c a các đi m nh M t đi m nh b t kì lúc nƠy s

có t a đ A(x, y) v i 0=<x<=M-1 vƠ 0=<y<=N-1 S đi m nh xác đ nh đ phơn gi i

c a nh nh có đ phơn gi i cƠng cao thì nh cƠng tr nên chơn th c vƠ s c nét h n Giá tr c a m i đi m nh s quy t đ nh mƠu s c c a nh ta g i lƠ m c xám c a đi m

nh, giá tr nƠy có th lƠ m t s ( nh nh phơn, nh xám) ho c m t t p h p các giá tr

( nh mƠu) X lỦ nh lƠ ta x lỦ các giá tr nƠy trong ma tr n nh đ đ c m t k t qu

mong mu n S bit c a m t b c nh chính lƠ s các giá tr m c xám có th có, ví d m t

nh 8bit s có =256 giá tr m c xám t 0 đ n 255 t ng t nh 16bit thì s có giá

tr

Tùy theo giá tr dùng đ bi u di n đi m nh mƠ ta có th phơn ra 3 lo i nh chính thông d ng:

+ nh nh phơn: giá tr m i đi m nh lƠ 0 ho c 1, ngh a lƠ tr ng ho c đen Chính

vì v y mƠ còn g i lƠ nh đen tr ng

Hình 2.1 Các b c x lý nh Hình 2 1 Các b c x lý nh 1

+ nh xám: giá tr m i đi m nh n m trong gi i giá tr t 0 đ n 255, ngh a lƠ c n

8 bits hay 1 byte đ bi u di n m i đi m nh nƠy

+ nh mƠu RGB: m i đi m nh có giá tr g m 3 mƠu đ (Red) + xanh l c (Green) + xanh d ng (Blue) M i mƠu có giá tr t 0 đ n 255, ngh a lƠ m i đi m nh c n 24bits hay 3bytes đ bi u di n NgoƠi h mƠu RGB còn có nhi u h mƠu khác phù h p v i

nh JPG, PNG, JPEG… chính vì v y vi c đ c chúng trên máy tính lƠ r t d dƠng Trong

đ tƠi nƠy s d ng camera lo i webcam đ thu nh n hình nh th c t

2.1.3 Gi i thi u v th ăvi n OpenCV vƠăcameraăLogitech C270

 Th vi n OpenCV

OpenCV (Open Computer Vision) lƠ m t th vi n mư ngu n m hƠng đ u cho

x lỦ v th giác máy tính, machine learning, x lỦ nh OpenCV đ c vi t b ng C/C++,

vì v y có t c đ tính toán r t nhanh, có th s d ng v i các ng d ng liên quan đ n th i

gian th c Opencv có th h tr cho C/C++, Python Java vì v y h tr đ c cho Window,

Linux, MacOs l n Android, iOS OpenCV có c ng đ ng h n 47 nghìn ng i dùng vƠ

s l ng download v t quá 6 tri u l n vƠ v n đang m r ng liên t c

OpenCV v n đang đ c đóng góp vƠ phát tri n liên t c, nó đ c bi t phù h p cho

2.1.4 i u ch nhăđ sángăvƠăđ t ngăph n

sáng c a nh ph thu c vƠo giá tr c a m i pixel t o nên nh Vì v y đ thay

đ i đ sáng nh ta thay đ i giá tr m c sáng các pixel V i g vƠ f lƠ nh tr c vƠ sau khi

bi n đ i ta có công th c đi u ch nh đ sáng nh sau:

g(x,y) = a*f(x,y)+ b (2.1)

 a, b: h ng s t ch n

 f(x,y): m c sáng c a pixel trong nh t i đi m có t a đ (x,y)

 g(x,y): m c sáng c a pixel trong nh t i đi m có to đ (x,y) sau khi bi n đ i

Hình 2 2 Hình nh Webcam Logitech C270

NgoƠi vi c thay đ i b ng ph n m m ta có th t ng đ sáng nh b ng ph n c ng nh l p thêm đèn r i, dùng t m n n mƠu sáng…

 Nhi u ph thu căvƠoăd li u:

- Nhi u xu t hi n khi có s b c x đ n s c n m r i rác trên b m t nh, đ l m

ch m trên b m t tùy thu c vƠo b c sóng c a đi m nh

- Do có s giao thoa gi a các sóng nh nên lƠm xu t hi n nh ng v t l m đ m trên

- LƠ m t lo i nhi u xung, sinh ra do x y ra sai s trong quá trình truy n d li u

- Nh ng đi m nh có th mang giá tr c c đ i ho c c c ti u V i nh xám n u m t

đi m nh có giá tr c c đ i (t c c ng đ sáng b ng 255) thì nó s t o ra m t

đ m tr ng trên nh, trông gi ng nh h t ắmu i” VƠ ng c l i n u m t đi m nh

có giá tr c c ti u (t c c ng đ sáng b ng 0) thì s t o ra m t đ m đen, gi ng

nh ắtiêu” V y nên còn g i lƠ nh mu i tiêu

có th x lỦ m t cách chính xác vƠ hi u qu , nh c n đ c l c nhi u Nguyên t c

chung c a các ph ng pháp l c nh s lƠ cho ma tr n nh nhơn ch p v i m t ma tr n

l c (Kernel) hay còn đ c g i lƠ các phép tính nhơn ch p trên nh Ma tr n l c l c (Kernel) còn có th đ c g i lƠ c a s ch p, c a s l c, m t n

G = M*I (2.2)

 I: LƠ nh g c đ c s d ng đ l c s nh

 G: LƠ nh ra sau khi th c hi n xong phép l c s nh

 M: LƠ ma tr n l c (Mask, kernel)

V i m i phép l c ta có nh ng ma tr n l c (Kernel) khác nhau, không có m t quy

đ nh c th nƠo cho vi c xác đ nh M T ng các ph n t trong ma tr n M th ng lƠ 1

 Tpt > 1: nh sau khi th c hi n xong phép l c s nh (G) có đ sáng l n h n so

v i nh ban đ u (F)

 Tpt < 1: nh sau khi th c hi n xong phép l c s nh (G) có đ sáng nh h n so

v i nh ban đ u (F)

M t s ph ng pháp l c phù h p đ x lỦ m t lo i nhi u nh t đ nh M t s b l c thông d ng nh l c trung v , l c trung bình, l c thông th p, l c thông cao…

 L c trung v

L c trung v lƠ m t k thu t l c phi tuy n (non-linear), b l c nƠy đ c s d ng r t

ph bi n trong x lỦ nh, l c trung v còn đ c g i lƠ b l c h ng ụ t ng chính c a

thu t toán l c trung v lƠ s d ng m t c a s l c (th ng lƠ ma tr n 3x3) quét qua l n

l t t ng đi m nh c a nh đ u vƠo input T i v trí m i đi m nh l y giá tr c a các

Hình 2 3 M t m t n l c kích th c 3x3

các đi m nh trong c a s nƠy theo th t (t ng d n ho c gi m d n tùy Ủ) Cu i cùng, gán đi m nh n m chính gi a (trung v ) c a dưy giá tr đi m nh đư đ c s p x p trên cho giá tr đi m nh đang xét c a nh đ u ra output

Cho m t dưy s , , , , đ c s p x p theo th t t ng d n ho c gi m d n

Khi đó đ c tính b i công th c sau:

Các b c th c hiên khi s d ng b l c trung v :

- Quét ma tr n l c lên các thƠnh ph n c a nh g c, đi n các giá tr đ c quét vƠo

ma tr n l c

- L y các thƠnh ph n trong c a s l c đ x lỦ

- S p x p theo th t các thƠnh ph n trong c a s l c

- L u l i thƠnh ph n trung v , gán cho nh output

1 1 1 2 3 4 5 5 5

K t qu 3 chính lƠ giá tr trung v c n tìm, lúc nƠy ta gán giá tr 3 cho pixel t i v trí

I(3,3) trong nh

Vì ph i s p x p l i m i khi ma tr n l c di chuy n đ n m t pixel nên b l c nƠy

có t c đ không cao, hi u qu gi m n u nh có kích th c l n Tuy nhiên b l c trung

v có nhi u u đi m nh giúp lo i b nhi u nh ng v n đ m b o đ phơn gi i, nó khá

hi u qu đ i v i hai lo i nhi u: nhi u đ m (speckle noise) vƠ nhi u mu i tiêu

(salt-pepper noise)

 L cătrungăbình

L c trung bình lƠ lo i l c tuy n tính, v i ph ng pháp thay th giá tr m i đi m nh

b ng trung bình tr ng s c a các đi m trong vùng lơn c n Gi s r ng dùng m t ma tr n

l c (3x3) quét qua t ng đi m nh c a nh đ u vƠo T i v trí m i đi m nh l y giá tr

c a các đi m nh t ng ng trong vùng (3x3) c a nh g c đ t vƠo ma tr n l c Giá tr

đi m nh c a nh đ u ra lƠ giá tr trung bình c a t t c các đi m trong nh trong ma tr n

V y I sau khi l c s có giá tr 3

Sau khi s d ng b l c trung bình, chênh l ch đ sáng các đi m nh s gi m

xu ng ngh a lƠ s không có s đ t bi n v giá tr c a các đi m nh lơn c n nhau Vì các

nhi u ng u nhiên th ng lƠ các đi m có giá tr đ t bi n m nh so v i đi m xung quanh nên b l c trung bình s giúp gi m các nhi u nƠy hi u qu ví d nh nhi u mu i tiêu Tuy nhiên b i vì các c nh ho c đ ng biên trong nh c ng đ c tr ng b i quá trình bi n

đ i m nh v c ng đ nên l c trung bình có th lƠm m các c nh vƠ đ ng biên

n u xét trên mi n t n s thì ph ng pháp nƠy s lƠm gi m các thƠnh ph n có t n s cao trong hình Hay nói cách khác đơy lƠ m t b l c t n s cao (low pass filter: ch gi l i các thƠnh ph n t n s th p)

exp

ụ t ng c a b l c lƠ d a vƠo giá tr c a m i đi m nh s ph thu c nhi u v i giá

tr các đi m nh g n h n lƠ các đi m nh xa Tr ng s c a s ph thu c đ c l y theo hƠm Gauss (hƠm nƠy c ng đ c s d ng trong quy lu t phơn ph i chu n c a xác

xu t th ng kê)

ng d ng c a b l c Gaussian lƠ lƠm m n nh, nó khác v i b l c trung bình ch :

th nh t, m c đ lƠm m n đ c đi u khi n b i s l a ch n các tiêu chu n thông s đ

l ch, ch không ph i b i giá tr tuy t đ i c a kích th c h t nhơn, th hai, hƠm Gaussian

có m t thu c tính khá đ c bi t, đó lƠ bi n đ i Fourier c a nó lƠ m t hƠm Gaussian, đi u

đó r t thu n ti n cho vi c phơn tích mi n t n s c a b l c

 Phát hi n biên d a vƠo trung bình c c b

 Phát hi n biên d a vƠo các phép toán hình thái

Ph ng pháp ph bi n lƠ phát hi n biên tr c ti p mƠ hi u qu h n c lƠ vi c l y đ o hƠm b c nh t c a f(x,y) đi u nƠy s lƠm n i b t lên đ ng biên c a nh d a vƠo s bi n thiên đ sáng Vi c l y đ o hƠm b c nh t nƠy g i lƠ ph ng pháp Gradient

Gradient lƠ m t vector có các thƠnh ph n bi u th t c đ thay đ i giá tr c a đi m

nh theo 2 h ng x, y; đ i di n cho s thay đ i v h ng vƠ đ l n c a m t vùng nh

(2.6)

M t k thu t tiêu bi u ng d ng Gradient lƠ k thu t Canny, k thu t nƠy cho ra k t

qu đ ng biên m nh vƠ khá chính xác, phơn bi t đ c đi m biên vƠ đi m nhi u

Các b c th c hi n k thu t Canny:

B c 1: Lo i b nhi u trong nh vƠ lƠm m nh b ng cách nhơn ch p v i m t b l c

Gaussian

B c 2: Tính toán giá tr Gradient trong nh, ta có th s d ng b l c Sobel ho c Prewitt

theo hai h ng x, y g i lƠ Gx, Gy

B c 3: Tính đ l n Gradient trong nh:

vƠ = arctan( ) (2.7)

Trong đó , lƠ đ o hƠm theo h ng x, y c a đi m nh đang xét Góc s

đ c lƠm tròn theo các h ng th ng đ ng, n m ngang vƠ chéo t ng ng v i các giá tr

0, 45, 90 vƠ 135 đ

( , )( , )

f

f x yx

f x yy

B c 4: Lo i b nh ng đi m không ph i c c đ i nh m xóa b nh ng đi m không thu c

biên Trong b c nƠy ta s so sánh giá tr Gradient c a đi m nh v i các đi m lơn c n theo 4 h ng đư nói trên

V i = 0, đi m A s lƠ biên đ n u Gradient t i A l n h n Gradient t i A3 vƠ A7

V i = 45, đi m A s lƠ biên đ n u Gradient t i A l n h n Gradient t i A2 vƠ A6

V i = 90, đi m A s lƠ biên đ n u Gradient t i A l n h n Gradient t i A1 vƠ A5

V i = 135, đi m A s lƠ biên đ n u Gradient t i A l n h n Gradient t i A8 vƠ A4

B c 5: Ch n ra biên c a đ i t ng trong nh

Sau các b c trên ta thu đ c m t t p các đi m t ng ng trên đ ng biên khá

m ng Vì nh ng đi m có giá tr gradient l n bao gi c ng có xác su t lƠ biên th t s h n

nh ng đi m có giá tr c a gradient nh do đó đ xác đ nh chính xác h n n a biên c a các đ i t ng ta s d ng các ng ng Theo đó b l c canny s s d ng m t ng ng trên

vƠ m t ng ng d i n u gradient t i m t đi m trong nh có giá tr l n h n ng ng trên thì ta xác nh n đó lƠ m t đi m trên biên c a ánh N u giá tr nƠy nh h n ng ng d i thì đó không ph i lƠ đi m biên, trong tr ng h p giá tr gradient n m gi a ng ng trên

vƠ d i thì nó ch đ c tính lƠ đi m trên biên khi các đi m bên c nh c a nó có giá tr

gradient l n h n ng ng trên

2.3 GIAO TI P UART

USART lƠ vi t t t c a c m t Universal synchronous asynchronous receiver

transmitterngh a lƠ b truy n nh n n i ti p đ ng b vƠ không đ ng b Thu t ng UART nói đ n b truy n nh n n i ti p không đ ng b ơy lƠ m t ngo i vi c b n vƠ th ng

Hình 2 5 Các h ng xỨt giá tr

dùng trong các quá trình giao ti p v i máy tính, v i các vi đi u khi n khác vƠ v i các module nh : RF, Wifi, Bluetooth…

N u ta s d ng m t dơy đ đ ng b xung CLK gi a 2 thi t b thì lúc nƠy giao

ti p UART s tr thƠnh giao ti p đ ng b vƠ không dùng s lƠ chu n giao ti p không

đ ng b

u đi m c a giao ti p UART lƠ ti t ki m chơn vi đi u khi n vì ch c n s d ng

2 chơn lƠ TX vƠ RX, đơy lƠ ngo i vi mƠ t t c các vi đi u khi n đ u có, ngoƠi ra thì c ng

có khá nhi u module, c m bi n dùng UART đ truy n nh n d li u Tuy v y nh c

đi m c a UART lƠ t c đ ch m, quá trình truy n nh n d x y ra l i lƠm m t, sai d li u nên trong quá trình truy n nh n c n tuơn th các tiêu chu n vƠ c n có các ph ng pháp

đ ki m tra (th ng lƠ truy n thêm bit ho c byte ki m tra l i)

 T căđ Baud

Vì không s d ng chung xung CLK nên đ có th truy n vƠ nh n d li u ta c n th ng

nh t t c đ gi a 2 thi t b , t c đ nƠy đ c t o đ c l p m i thi t b , t c đ nƠy đ c

đ t tr c, g i lƠ t c đ Baud đ c đ nh ngh a lƠ s bit truy n đ c trong m t giơy, vƠ

có m t s giá tr th ng dùng nh 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 14400, 19200, 38400,

56000, 57600, 115200

 Khung truy n

M t trong nh ng v n đ quan tr ng khi s d ng UART lƠ vi c đ m b o d li u

truy n nh n không b l i, thi u ho c sai l ch vì đ c đi m c a nó lƠ không s d ng chung

ngu n xung có th giao ti p đ c thì ngoƠi vi c thi t l p chung t c đ Baud thì

khung truy n c ng lƠ m t y u t không th thi u Khung truy n (Frame) lƠ m t lu t quy

đ nh v s bit trong m i l n truy n vƠ vi c có các bit đ c bi t nh Start, Stop, Parity hay không

- Start bit lƠ bit đ u tiên đ c truy n trong m t frame truy n, bit nƠy có ch c n ng báo cho thi t b nh n bi t r ng có m t gói d li u s p đ c truy n t i Start lƠ bit

b t bu c ph i có trong khung truy n, vƠ nó lƠ m t bit th p (0)

- Data bits hay d li u c n truy n lƠ thông tin chính mƠ chúng ta c n g i vƠ nh n

S l ng bit data tùy thu c vƠo các lo i vi đi u khi n khác nhau, th ng thì data

có 8bit Trong truy n thông n i ti p UART, bit có tr ng s nh nh t (LSB ậ Least Significant Bit, bit bên ph i) c a data s đ c truy n tr c vƠ cu i cùng lƠ bit có

tr ng s l n nh t (MSB ậ Most Significant Bit, bit bên trái) Tuy nhiên th t

truy n nƠy có th đ c cƠi đ t b i ng i dùng

- Parity bit lƠ bit dùng đ ki m tra d li u truy n có b sai không Có 2 lo i parity

lƠ parity ch n (even parity) vƠ parity l (odd parity) Parity ch n ngh a lƠ s l ng

s ắ1” trong d li u bao g m bit parity luôn lƠ s ch n Ng c l i t ng s l ng các s ắ1” trong parity l luôn lƠ s l Ví d : n u d li u c n truy n lƠ 10111011,

có t t c 6 bit có giá tr ắ1” trong d li u nƠy, n u quy đ nh parity ch n đ c dùng, bit parity s mang giá tr 0 đ đ m b o t ng các s ắ1” lƠ s ch n N u quy

đ nh parity l thì giá tr c a parity bit lƠ 1 Sau khi truy n chu i d li u kèm theo

c bit parity trên, bên nh n thu đ c vƠ ki m tra l i t ng s s ắ1” (bao g m c

bit parity), n u sai so v i quy đ nh parity đư đ t tr c thì ta kh ng đ nh lƠ d li u

nh n đ c lƠ sai, tuy nhiên n u đúng thì ta c ng không th kh ng đ nh đ c d

li u truy n đúng Parity bit không ph i lƠ bit b t bu c vƠ vì th chúng ta có th

lo i bit nƠy kh i khung truy n

- Stop bits lƠ m t ho c nhi u bit báo cho thi t b nh n r ng m t gói d li u đư đ c

g i xong Sau khi nh n đ c stop bits, thi t b nh n s ti n hƠnh ki m tra khung

truy n đ đ m b o tính chính xác c a d li u Stop bits lƠ các bit b t bu c ph i

có trong khung truy n

2.4 VIă I U KHI N STM32F103C8T6

2.4.1 T ng quan

STM32 lƠ m t trong nh ng dòng chip ph bi n c a ST v i nhi u h thông d ng

nh F0, F1, F2, F3, F4… Stm32F103 thu c h F1 v i lõi lƠ ARM COTEX M3 STM32F103 lƠ vi đi u khi n 32 bit, t c đ t i đa lƠ 72Mhz Giá thƠnh c ng khá r so

v i các lo i vi đi u khi n có ch c n ng t ng t M ch n p c ng nh công c l p trình khá đa d ng vƠ d s d ng

M t s ng d ng chính: dùng cho driver đ đi u khi n ng d ng, đi u khi n ng

d ng thông th ng, thi t b c m tay vƠ thu c, máy tính vƠ thi t b ngo i vi ch i game, GPS c b n, các ng d ng trong công nghi p, thi t b l p trình PLC, bi n t n, máy in, máy quét, h th ng c nh báo, thi t b liên l c n i b …

Ph n m m l p trình: có khá nhi u trình biên d ch cho STM32 nh IAR Embedded Workbench, Keil C…

Th vi n l p trình: có nhi u lo i th vi n l p trình cho STM32 nh : STM32snippets,

STM32Cube LL, STM32Cube HAL, Standard Peripheral Libraries, Mbed core M i th

vi n đ u có u vƠ khuy t đi m riêng, đơy nhóm s d ng b th vi n chu n c a ST lƠ Standard Peripheral Libraries vì nó ra đ i khá lơu vƠ thông d ng, h tr nhi u ngo i vi

vƠ c ng nh d hi u rõ b n ch t c a l p trình

M ch n p: có khá nhi u lo i m ch n p nh : ULINK, J-LINK, CMSIS-DAP, STLINK…thông d ng vƠ giá thƠnh th p nh t lƠ STlink

2.4.2 C uătrúcăh th ng

Dòng ARM Cortex lƠ 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 lƠ

m t lõi x lí hoƠn thi n, đ a ra m t chu n CPU vƠ ki n trúc h th ng chung Dòng

Cortex g m có 3 phơn nhánh chính:

Hình 2 6 S đ c u trúc các kh i c a STM32F103C8T6

+ Dòng A dƠnh cho các ng d ng cao c p,

+ Dòng R dƠnh cho các ng d ng th i gian th c nh các đ u đ c

+ Dòng M dƠnh cho các ng d ng vi đi u khi n vƠ chi phí th p

STM32F103C8T6 đ c thi t k d a trên dòng Cortex-M3, dòng Cortex-M3 đ c

thi t k đ c bi t đ nơng 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 vƠ 16-bit truy n th ng, xung clock t i đa lƠ 72Mhz

 B nh

B nh Flash đ c t ch c nh lƠ 1 kh i chính (main block) vƠ 1 kh i thông tin (information block) lên đ n 64 Kb (ho c 128 Kb) chia thƠnh 128 pages, m i page 1

Kbytes (medium-density devices) NgoƠi ra b nh SRAM có dung l ng 20 kbytes

 Clock, reset vƠ qu n lỦ ngu n

- i n áp ho t đ ng 2.0V -> 3.6V

- Có các ch đ qu n lỦ ngu n nh Power on reset(POR), Power down reset(PDR) vƠ programmable voltage detector (PVD)

- Th ch anh n i dùng dao đ ng RC mode 8Mhz ho c 40khz

- S d ng th ch anh ngoƠi 32.768khz đ c s d ng cho RTC

 Kh i ADC

- Có 2 b ADC 12 bit t ng ng v i giá tr maximum lƠ 4095 v i 9 kênh cho

m i b

- Có các ng t h tr nh End conversion, End of Injected Conversion and

Analog Watchdog Event

- Single mode hay Continuous mode

- T đ ng calib vƠ có th đi u khi n ho t đ ng ADC b ng xung Trigger

- Th i gian chuy n đ i nhanh: 1us t i t n s 65Mhz

- Có b DMA giúp t ng t c đ x lí

 Kh i timer

- Có 7 timer

- 3 timer 16 bit h tr các mode IC/OC/PWM

Hình 2 7 S đ ngu n xung clock c a STM32F103C8T6

- 1 timer 16 bit h tr đ đi u khi n đ ng c v i các mode b o v nh ng t

input, dead-time

- Watchdog timer dùng đ b o v vƠ ki m tra l i

- 1 sysTick timer 24 bit đ m xu ng

 H tr 9 kênh giao ti p bao g m:

- 2 b I2C (SMBus/PMBus)

- 3 b USART (ISO 7816 interface, LIN, IrDA capability, modem control)

- 2 SPIs (18 Mbit/s)

- 1 b CAN interface (2.0B Active)

- USB 2.0 full-speed interface

2.4.3 Tìmăhi u GPIO

GPIO lƠ t vi t t t c a General purpose I/O ports lƠ n i giao ti p chung gi a tín hi u

ra vƠ tín hi u vƠo STM32 thì các chơn GPIO chia ra lƠm nhi u Port nh PortA, PortB

S l ng Port ph thu c vƠo s l ng chơn (pin) vƠ cách g i ph thu c vƠo nhƠ s n xu t (ví d có lo i vi đi u khi n có PortA mƠ l i không có PortD) M i Port th ng có 16 chơn đánh s t 0 -> 15 t ng ng v i m i chơn lƠ 1bit M i chơn có 1 ch c n ng khác nhau nh analog input, external interrupt hay đ n thu n ch lƠ xu t tín hi u on/off

m c 0,1 Ch c n ng c a m i chơn đ c cung c p trong datasheet c a nhƠ s n xu t Các ch đ ho t đ ng v i GPIO c a STM32:

- Input floating: c u hình chơn I/O lƠ ngõ vƠo vƠ đ n i

- Input pull-up: c u hình chơn I/O lƠ ngõ vƠo, có tr kéo lên ngu n

- Input-pull-down: c u hình chơn I/O lƠ ngõ vƠo, có tr kéo xu ng GND

- Analog: c u hình chơn I/O lƠ Analog

- Output open-drain: c u hình chơn I/O lƠ ngõ ra, khi output control = 0 thì N-MOS

s d n, chơn I/O s n i VSS, còn khi output control = 1 thì P-MOS vƠ N-MOS

đ u không d n, chơn I/O đ c đ n i

- Output push-pull: c u hình chơn I/O lƠ ngõ ra, khi output control = 0 thì N-MOS

s d n, chơn I/O s n i VSS, còn khi output control = 1 thì P-MOS d n, chơn I/O

đ c n i VDD

- Alternate function push-pull: s d ng chơn I/O v a lƠ ngõ ra vƠ v a lƠ ngõ vƠo, tuy nhiên s không có tr kéo lên vƠ kéo xu ng input, ch c n ng output gi ng

Output push-pull

- Alternate function push-pull: s d ng chơn I/O v a lƠ ngõ ra vƠ v a lƠ ngõ vƠo, tuy nhiên s không có tr kéo lên vƠ kéo xu ng input, ch c n ng output gi ng

Output open-drain

 C ácăthanhăghiăc uăhìnhăGPIO trong stm32F103C8T6

 Thanh ghi c u hình port GPIOx_CRx

M i chơn GPIO có 2 c p bit đ cƠi đ t CNF quy t đ nh lƠ ch đ lƠ analog,

floating, pull-up… còn MODE quy t đ nh lƠ ngõ vƠo hay ngõ ra Ngõ ra v i t c đ bao nhiêu Thông s cƠi đ t chi ti t nh sau:

2bit mode:

- 00: Input mode (reset state)

- 01: Output mode, max speed 10 MHz

- 10: Output mode, max speed 2 MHz

- 11: Output mode, max speed 50 MHz

- 01: Floating input (reset state)

- 10: Input with pull-up / pull-down

- 11: Reserved

• Khi lƠ output:

- 00: General purpose output push-pull

- 01: General purpose output Open-drain

- 10: Alternate function output Push-pull

- 11: Alternate function output Open-drain

 Thanh ghi đ c giá tr ngõ vƠo- GPIOx_IDR v i x lƠ tên port

ơy lƠ thanh ghi đ c giá tr đ u vƠo c a t ng chơn Khi đ u vƠo chơn nƠo đó có m c logic lƠ 1 thì bit t ng ng v i chơn đó s có giá tr lƠ 1 VƠ ng c l i lƠ 0

 Thanh ghi ch n giá tr ngõ ra c a port- GPIOx_ODR v i x lƠ tên port

ơy lƠ thanh ghi quy t đ nh m c logic c a đ u ra trên chơn STM32 t ng ng v i mode output Giá tr c a bit nƠo m c cao thì output c a nó s m c cao n u s d ng

mode output push pull vƠ ng c l i Riêng mode output open drain thì có chút khác bi t

2.4.4 TimerăvƠăPWM

STM32F103C8 có t t c 7 timer nh ng trong đó bao g m 1 systick timer, 2 watchdog timer nên ch còn l i 4 timer dùng cho các ch c n ng khác nh ng t, PWM,

Hình 2 9 Thanh ghi đ c giá tr ngõ vào

Hình 2 10 Thanh ghi ch n giá tr ngõ ra c a port

Encoder, Input capture… Trong đó TIM1 lƠ Timer đ c bi t, chuyên d ng cho vi c xu t

xung v i các mode xu t xung, các mode b o v đ y đ h n so v i các timer khác TIM1

thu c kh i clock APB2, còn các TIM2, TIM3, TIM4 thu c nhóm APB1

Có 3 v n đ c n quan tơm khi s d ng timer đó lƠ:

- Timer clock

- Prescaler

- Auto Reload Value

Prescaler lƠ b chia t n s c a timer B chia nƠy có giá tr t i đa lƠ 16 bit t ng

ng v i giá tr lƠ 65535 Các giá tr nƠy có th đ c thay đ i vƠ đi u ch nh b ng l p trình

T n s sau b chia nƠy s đ c tính lƠ:

(2.8)

Trong đó:

: t n s sau b chia

: t n s clock đ u vƠo c p cho timer

PSC: giá tr truy n vƠo đ c l p trình b ng ph n m m

Auto Reload Value lƠ giá tr b đ m t i đa có th đ c đi u ch nh đ n p vƠo cho timer Giá tr b đ m nƠy đ c cƠi đ t t i đa lƠ 16bit t ng ng v i giá tr lƠ 65535.T các thông s trên ta rút ra công th c c n tính cu i cùng đó lƠ:

(2.9)

: lƠ giá tr cu i cùng c a bƠi toán, đ n v lƠ hz

: t n s clock h th ng đ c chia cho timer s d ng, đ n v lƠ hz PSC: giá tr n p vƠo cho b chia t n s c a timer T i đa lƠ 65535

Period: giá tr b đ m n p vƠo cho timer T i đa lƠ 65535

Ng t timer: khi giá tr đ m c a b đ m timer (thanh ghi CNT) v t qua giá tr

c a Auto Reload Value thì c báo trƠn s đ c kích ho t Trình ph c v ng t trƠn s x y

ra n u đ c c u hình cho phép tr c đó

2.5 NGăC ăDC

ng c DC có ch i than lƠ đ ng c ho t đ ng v i ngu n đi n DC vì v y còn

g i lƠ đ ng c đi n m t chi u t ph n sau s g i t t lƠ đ ng c DC C u t o g m 2 ph n

lƠ stator vƠ rotor trong đó stator th ng lƠ 1 hay nhi u c p nam chơm v nh c u ho c nam chơm đi n còn rotor lƠ các cu n dơy đ c qu n trên m t lõi s t non vƠ n i v i ngu n

đi n m t chi u Do đ c đi m rotor lƠ cu n dơy nên đ c p đi n cho đ ng c ta c n m t

b ph n đ c bi t lƠ b c góp vƠ ch i than ti p xúc c góp, đi u nƠy giúp c p đi n cho

đ ng c k c khi đ ng c quay Vì lƠ b ph n ti p xúc nên sau m t th i gian ch i quét

s b mƠi mòn vƠ c n ph i thay th ng c DC th ng có t c đ cao, đáp ng nhanh kích th c nh g n, momen cao dù t c đ nh nên đ c s d ng ph bi n trong các

mô hình, các máy móc, thi t b , đ gia d ng, dùng kh i đ ng các đ ng c xe

Dòng đi n ch y qua đ ng c đ c tính nh sau:

Đ đ đ (2.10) Công su t đ ng c đ c tính nh sau:

đ Đ đ đ (2.11) Trong đó đ đ lƠ s c đi n đ ng c a rotor sinh ra khi quay

lƠ đi n tr n i c a các cu n dơy

Dòng đi n khi kh i đ ng c a đ ng c th ng b ng 4-7 l n dòng đi n ho t đ ng

đ nh m c, khi tính toán dòng cho đ ng c c n chú Ủ đ n dòng kh i đ ng đ đ m b o an toƠn cho m ch đi n

đi u khi n đi n áp DC c p cho đ ng c ta có th dùng ph ng pháp thay đ i

th i gian c p đi n - , ngh a lƠ dòng đi n đ c đóng vƠ ng t liên t c đ qua đó thay

đ i đi n áp trung bình lƠm đ c đi u nƠy ta c n dùng các ph n t chuy n m ch có

đi u khi n nh transistor ho c MOSFET Gi s đi n áp c p lƠ 24V vƠ th i gian lƠ 50% thì đi n áp trung bình lƠ 12V Ph ng pháp nƠy đ c g i lƠ ph ng pháp đi u bi n

đ r ng xung (pulse width modulation- PWM) Tùy vƠo công su t đ ng c mƠ ta ch n

lo i linh ki n chuy n m ch cho phù h p

Trong đ tƠi, nhóm s d ng đ ng c DC có b gi m t c lo i GA25 có các thông

s nh sau:

- i n áp ho t đ ng trong kho ng 6 - 18V, đi n áp đ nh m c 12V

- T c đ sau b gi m t c 17rpm

- Dòng không t i 50mA, dòng có t i lƠ 240mA

- Momen xo n khi có t i lƠ 14kg.cm

2.6 ENCODER

Encoder các h th ng đi u khi n t đ ng lƠ b ph n đ đo l ng d ch chuy n

th ng ho c góc, đ ng th i chuy n đ i v trí góc/v trí th ng mƠ nó ghi nh n đ c thƠnh

Hình 2 11 ng c GA25

tín hi u nh phơn Chính nh nh ng tín hi u nh phơn nƠy mƠ h th ng vi tính cho ta bi t

đ c v trí chính xác

 C u t oăvƠănguyênălỦăho tăđ ng

Nguyên lỦ c b n c a encoder, đó lƠ m t đ a tròn xoay, quay quanh tr c Trên

đ a có các l (rưnh) Dùng m t đèn led đ chi u lên m t đ a Khi đ a quay, ch không có

l , đèn led không chi u xuyên qua đ c, ch có l (rưnh), đèn led s chi u xuyên qua Khi đó, phía m t bên kia c a đ a, đ t m t con m t thu V i các tín hi u có ho c không

có ánh sáng chi u qua, thì ghi nh n đ c đèn led có chi u qua l hay không

Nh v y lƠ encoder s t o ra các tín hi u xung vuông vƠ các tín hi u xung vuông nƠy đ c c t t ánh sáng xuyên qua l Nên t n s c a xung đ u ra s ph thu c vƠo t c

đ quay c a t m tròn đó i v i encoder nhóm đang dùng thì nó có 2 tín hi u ra l ch pha nhau 90 Hai tín hi u nƠy có th xác đ nh đ c chi u quay c a đ ng c

 Phơnălo i

Ecoder đ c phơn hai lo i chính:

- Encoder tuy t đ i: s d ng đ a theo mư nh phơn ho c mư Gray

- Encoder t ng đ i: có tín hi u t ng d n ho c theo chu k

 Ecoderătuy tăđ i

Encoder ki u tuy t đ i có k t c u g m nh ng ph n sau: B phát ánh sáng, đ a mư hóa (có ch a d i b ng mang tín hi u), m t b thu ánh sáng nh y v i ánh sáng phát ra

a mư hóa encoder tuy t đ i đ c ch t o t v t li u trong su t, ng i ta chia

m t đ a thƠnh các góc đ u nhau vƠ các đ ng tròn đ ng tơm

 Ecoderăt ngăđ i

V c b n thì Encoder ki u t ng đ i đ u gi ng nhau, ch khác đ a mư hóa encoder t ng đ i thì đ a mư hóa g m 1 d i b ng t o xung d i b ng nƠy đ c chia lƠm nhi u l b ng nhau vƠ cách đ u nhau (có th ch t li u trong su t đ ánh sáng chi u

qua)