LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan mọi kết quả của đề tài: “Thiết kế và chế tạo cân thống kê – Thiết kế và viết phần mềm thống kê năng suất trên máy tính” là sản phẩm của riêng tôi và chưa ba
Trang 1LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan mọi kết quả của đề tài: “Thiết kế và chế tạo cân thống kê – Thiết
kế và viết phần mềm thống kê năng suất trên máy tính” là sản phẩm của riêng tôi và
chưa bao giờ được công bố trên bất kỳ phương tiện nào cho tới hiện tại
Sinh viên thực hiện:
NGUYỄN THỊ MỸ LINH
Trang 2LỜI CẢM ƠN
Kính thưa: - Ban giám hiệu trường Đại học Nha Trang
- Thầy cô khoa Cơ Khí Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo – ThS Trần Văn Hùng đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn em để hoàn thành tốt đề tài: “Thiết kế chế tạo cân thống kê”
Do còn hạn chế về kiến thức và thời gian nên đồ án còn nhiều thiếu sót Kính mong thầy cô đóng góp ý kiến để em có thể học hỏi được những kinh nghiệm và trau dồi kiến thức thêm cho bản thân, là hành trang cho tương lai sau này của em
Bên cạnh đó, em xin gửi tới các Thầy (Cô) Khoa Cơ Khí, Trường Đại học Nha Trang lời cảm ơn chân thành Nhờ sự quan tâm, dạy dỗ và chỉ bảo tận tình của Thầy (Cô) để
em có thể hoàn thành khóa học này Kính chúc quý Thầy (Cô) luôn luôn khỏe mạch để thực hiện tiếp sứ mệnh cao cả của mình, là người dẫn dắt thế hệ mai sau chạm đến ngưỡng cửa thành công
Em xin chân thành cảm ơn!
Trang 3TÓM TẮT KHÓA LUẬN
Ngày nay, các nhà máy chế biến vẫn đang sử dụng phương pháp thống kê bằng tay
để ghi lại khối lượng làm việc của công nhân Điều này làm giảm năng suất làm việc của toàn nhà máy Thấy được thực trạng này, nhóm em sẽ thiết kế chế tạo ra sản phẩm
để tự động hóa quá trình này với nhiều ưu điểm vượt trội hơn và mang lại năng suất cao hơn cho nhà máy
Đề tài nghiên cứu này của nhóm em đã hoàn thành được việc thiết kế, chế tạo và vận hành sản phẩm cân thống kê Khung cơ khí được thiết kế, chế tạo chắc chắn, bằng phẳng làm tăng độ chính xác trong quá trình cân Mạch điều khiển thiết kế nhỏ gọn, hoạt động
ổn định Các thuật toán xử lý nhanh chóng giúp cho việc nhận và lưu trữ dữ liệu diễn ra nhanh chóng, chính xác và luôn được cập nhật Giao diện điều khiển đầy đủ chức năng, hiển thị đầy đủ dữ liệu giúp cho người quản lý theo dõi và kiểm soát dễ dàng
Bố cục của đề tài nghiên cứu:
Chương 1: Tổng quan về cân thống kê
Chương này trình bày về các sản phẩm cân thống kê đã và đang được sử dụng trong thực tế một cách tổng quan để làm cơ sở xây dựng ý tưởng cho đề tài
Chương 2: Phương pháp và nội dung nghiên cứu
Chương này trình bày về các cơ sở lý thuyết được sử dụng trong đề tài và nội dung thực hiện đề tài
Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Chương này đưa ra đánh giá về đề tài, so sánh với mục tiêu ban đầu, nêu ra ưu, nhược điểm của sản phẩm
Chương 4: Kết luận và hướng phát triển
Chương này nêu ra những kết quả thu được
Trang 4MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN 1
LỜI CẢM ƠN 2
TÓM TẮT KHÓA LUẬN .3
MỤC LỤC 4
DANH MỤC BẢNG 12
PHẦN MỞ ĐẦU 13
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÂN THỐNG KÊ 14
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 14
1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP THỐNG KÊ 16
1.2.1 Thống kê c ả tổ, cân cơ, ghi tay 16
1.2.2 Thống kê c ả tổ, cân điện tử, ghi tay 17
1.3 KẾT LUẬN 17
CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 18
2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18
2.1.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 18
2.1.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 19
2.1.3 Yêu c ầu sản phẩm 19
2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 19
2.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 20
2.3.1 Cảm biến lực loadcell và module đọc loadcell 20
2.3.1.1 Tổng quan về loadcell 20
2.3.1.2 Tổng quan về module HX711 20
2.3.2 LED 7 thanh 20
2.3.3 Vi điều khiển atmega16 21
Trang 52.3.4 Truyền thông RS232 22
2.3.4.1 Tổng quan 22
2.3.4.2 Quá trình truyền dữ liệu 23
2.3.5 Truyền thông USART 24
2.3.6 Ngôn ngữ lập trình C# 25
2.3.7 Công cụ soạn thảo Visual Studio Community 25
2.4 YÊU CẦU HỆ THỐNG 26
2.4.1 Phần cứng 26
2.4.2 Phần mềm 27
2.4.2.1 Phần mềm điều khiển 27
2.4.2.2 Giao diện điều khiển 27
2.5 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 27
2.6 TIẾN HÀNH THIẾT KẾ, CHẾ TẠO 28
2.6.1 Phần cơ khí 28
2.6.1.1 Chế tạo, lắp ráp khung cân và đầu cân 28
2.6.1.2 Vật liệu cần dùng 31
2.6.1.3 Các lưu ý khi hàn Tig 33
2.6.1.4 Tiến hành chế tạo 35
2.6.2 Phần điện điều khiển 40
2.6.2.1 Thiết kế mạch Master và mạch LED hiển thị 40
2.6.2.2 Tiến hành chế tạo mạch Master và mạch LED 44
2.6.3 Phần mềm 52
2.6.3.1 Phần mềm cho đầu cân 52
2.6.3.2 Phần mềm thống kê năng suất trên máy tính 58
2.7 VẬN HÀNH THỬ NGHIỆM CÂN THỐNG KÊ 74
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 75
Trang 63.1 THỰC NGHIỆM CÂN KHỐI LƯỢNG VỚI QUẢ CÂN CHUẨN 75
3.2 THỰC NGHIỆM GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN TRÊN MÁY TÍNH 75
3.2.1 Nhận và hiển thị khối lượng trên máy tính 75
3.2.2 Nhận thẻ, hiển thị thông tin thẻ và lưu trữ dữ liệu 76
3.2.3 Thống kê, hiển thị và lưu trữ dữ liệu 77
CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79
4.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 79
4.2 NHỮNG VẤN ĐỀ CHƯA ĐẠT ĐƯỢC 79
4.3 KIẾN NGHỊ 79
Trang 7DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Ghi chép số liệu theo phương pháp thủ công 14
Hình 1.2 Cân đếm khối lượng 15
Hình 1.3 Các bộ phận điển hình của cân thống kê 15
Hình 2.1 Sơ đồ chân cổng COM RS232 22
Hình 2.2 Cáp kết nối 22
Hình 2.3 Giao tiếp RS232 23
Hình 2.4 Sơ đồ chân vi điều khiển Atmega16 24
Hình 2.5: Ngôn ngữ lập trình C# 25
Hình 2.6 Công c ụ soạn thảo Visual Studio Community 25
Hình 2.7 Bản vẽ 3D khung cân 28
Hình 2.8 Khung cân dưới 28
Hình 2.9 Khung cân trên 29
Hình 2.10 Mặt cân 29
Hình 2.11 Đầu cân 30
Hình 2.12 Cân trên solidworks 30
Hình 2.13 Thanh v 31
Hình 2.14 Ống Inox 31
Hình 2.15 Tấm Inox 31
Hình 2.16 Thanh la đúc 31
Hình 2.17 Mica đen 32
Hình 2.18 Nhựa Pom 32
Hình 2.19 Bulong lục giác 32
Hình 2.20 Đai ốc 32
Hình 2.21 Bulong l ục giác 32
Hình 2.22 Đai ốc 33
Trang 8Hình 2.23 Nhựa Pom dẻo 33
Hình 2.24 Bulong l ục giác chìm 33
Hình 2.25 Long đền 33
Hình 2.26 Phương pháp hàn 34
Hình 2.27 Bảo hộ khi hàn tig 35
Hình 2.28 Hàn khung cân dưới 35
Hình 2.29 Mối hàn tig 36
Hình 2.30 Hàn thanh chống quá tải 36
Hình 2.31 Hàn chân c ủa cân 37
Hình 2.32 Tr ụ gá đầu cân 37
Hình 2.33 Làm nguội sau khi hàn 38
Hình 2.34 Tẩy màu sau khi hàn 38
Hình 2.35 Tr ục nối 39
Hình 2.36 Mặt bàn cân 39
Hình 2.37 Lắp loadcell 40
Hình 2.38 Khung cân 40
Hình 2.39 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 40
Hình 2.41 Layout c ủa mạch master 42
Hình 2.42 Sơ đồ nguyên lý mạch LED 43
Hình 2.43 Layout mạch LED 43
Hình 2.44 Atmega 16A 44
Hình 2.45 LM7805 44
Hình 2.46 Tụ hóa 44
Hình 2.47 Tụ gốm 104 44
Hình 2.48 Tụ pi 18 44
Hình 2.49 Điện trở 10K 45
Trang 9Hình 2.50 Diode 45
Hình 2.51 LED Xanh 45
Hình 2.52 Terminal 45
Hình 2.53 LED 7 đoạn 4 số 45
Hình 2.54 Transistor A1015 45
Hình 2.55 Thạch anh 8MHz 46
Hình 2.56 Nút nhấn 46
Hình 2.57 Lược cắm đực 46
Hình 2.58 Phíp đồng 46
Hình 2.59 In mạch lên phíp đồng 46
Hình 2.60 Sau khi ngâm với FeCl3 47
Hình 2.61 Khoan và l ắp linh kiện 47
Hình 2.62 Mạch hoàn thiện 47
Hình 2.63 Loadcell 48
Hình 2.64 HX711 48
Hình 2.65 PL2303HX 48
Hình 2.66 Đèn báo 48
Hình 2.67 Nút nhấn 48
Hình 2.68 Công tắc xoay 49
Hình 2.69 Đầu cose 49
Hình 2.70 Dây co nhiệt 49
Hình 2.71 PG7 49
Hình 2.72 Nguồn 12V 49
Hình 2.73 Dây điện 49
Hình 2.74 Gắn loadcell vào khung 50
Hình 2.75 Đấu dây loadcell, HX711 với mạch master 50
Trang 10Hình 2.76 Đấu dây vào terminal 51
Hình 2.77: Gắn mạch vào đầu cân 51
Hình 2.78: Hoàn thiện đầu cân 51
Hình 2.79 Sơ đồ giải thuật tổng quát 52
Hình 2.80 Sơ đồ giải thuật hiển thị khối lượng bằng LED 7 đoạn 53
Hình 2.81 Sơ đồ lấy giá trị từ HX711 54
Hình 2.82 Sơ đồ giải thuật lấy giá trị từ HX711 55
Hình 2.83 Đồ thị công thức liên hệ giữa khối lượng và ADC 56
Hình 2.84 Sơ đồ giải thuật Calibration 57
Hình 2.85 Sơ đồ giải thuật truyền khối lượng lên máy tính 58
Hình 2.86 Giao diện điều khiển 59
Hình 2.87 Tab Cài đặt 60
Hình 2.88 Tab Thống Kê 60
Hình 2.89 Công cụ TabControl 61
Hình 2.90 Bảng hiển thị dữ liệu 61
Hình 2.91 Hiển thị khối lượng 61
Hình 2.92 Tạo nút nhấn 62
Hình 2.93 Công cụ DateTimePicker 62
Hình 2.94 Công cụ StatusStrip 62
Hình 2.95 File lưu trữ danh sách công nhân 63
Hình 2.96 File lưu trữ danh sách sản phẩm 63
Hình 2.97 File lưu trữ dữ liệu thống kê 64
Hình 2.98 File lưu trữ dữ liệu thống kê năng suất 64
Hình 2.99: Các bước đọc dữ liệu từ file 65
Hình 2.100 Tạo ra các SerialPort nhận dữ liệu 66
Hình 2.101 Các thuộc tính c ủa Timer 66
Trang 11Hình 2.102 Gi ải thuật đọc mã thẻ RFID 67
Hình 2.103 Gi ải thuật tìm thông tin theo thẻ RFID 68
Hình 2.104 Gi ải thuật đọc khối lượng 69
Hình 2.105a Lưu và hiển thị dữ liệu 70
Hình 2.105b Lưu và hiển thị dữ liệu 71
Hình 2.106: Thống kê dữ liệu 72
Hình 2.107 Tab hiển thị của giao diện 73
Hình 2.108 Tab cài đặt của giao diện 73
Hình 2.109 Tab thố ng kê của giao diện 74
Hình 2.110 Chạy thử nghiệm (ngày 16/7/2020) 74
Hình 3.1 Hiển thị khối lượng trên giao diện 75
Hình 3.2 Hiển thị dữ liệu trên giao diện 76
Hình 3.3 Lưu trữ dữ liệu vào file 76
Hình 3.4 Hiển thị dữ liệu thống kê 77
Hình 3.5 Lưu trữ dữ liệu thống kê vào file 77
Hình 3.6 Thống kê dữ liệu theo ngày 78
Trang 12DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Tên các chân trong Atmega 16A 21
Bảng 2.2 Tên các chân kết nối cổng COM RS232 23
Bảng 2.3 Danh sách vật liệu 31
Bảng 2.4 Danh sách linh kiện 44
Bảng 2.5 Danh sách thiết bị điện 48
Bảng 3.1 Thực nghiệm với quả cân chuẩn 75
Trang 13PHẦN MỞ ĐẦU
1 Tính cấp thiết và lý do chọn đề tài
Cân khối lượng sản phẩm để thống kê chính xác, nhanh chóng và liên tục là vấn đề các nhà máy chế biến, sản xuất rất quan tâm Hiện nay, quá trình thu thập năng suất làm việc của công nhân đang được thực hiện bằng phương pháp cân và ghi chép thủ công, công nhân đưa sản phẩm lên cân sau đó ghi chép lại khối lượng vào sổ Cân và ghi chép thủ công mất nhiều thời gian, dễ xảy ra sai số và gây khó khăn cho người quản lý Việc đánh giá không chính xác đó dẫn đến việc người lao động bị thiệt thòi, nhà máy sẽ tổn thất khi có sự gian lận trong việc ghi chép khối lượng Với lý do trên, nhóm em chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo cân thống kê”
2 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài nghiên cứu
- Đảm bảo tốc độ thu thập dữ liệu
- Số liệu chính xác, rõ ràng
3 Mục tiêu của đề tài
Thiết kế và chế tạo được cân thống kê có các tính năng:
- Cân chính xác, ổn định
- Sai số nhỏ +- 50g
- Tốc độ cân tối thiểu 5sp/p
- Đọc và hiển thị khối lượng sản phẩm
- Đọc được thẻ từ
- Kết nối tới máy tính để lấy dữ liệu thống kê
4 Đối tượng nghiên cứu
Thiết kế chế tạo cân thống kê
5 Phạm vi nghiên cứu
+ Thiết kế chế tạo phần cơ khí cho sản phẩm
+ Thiết kế mạch điều khiển cho toàn bộ sản phẩm
+ Thiết kế và viết phần mềm điều khiển cho đầu cân thống kê
+ Thiết kế và viết phần mềm thống kê năng suất trên máy tính
Trang 14CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÂN THỐNG KÊ
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Cân là thiết bị dùng để cân khối lượng sản phẩm, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất Để tính năng suất và hiệu quả làm việc của từng công nhân trong nhà máy, người quản lý phải giám sát khối lượng sản phẩm mà công nhân tạo ra Quá trình này được người thống kê theo dõi, sau đó ghi chép lại vào sổ, các loại cân đếm khối lượng sản phẩm, cân thống kê sử dụng đầu đọc mã QR, kết nối wifi để thu thập dữ liệu thống kê
Sử dụng theo cách cân và ghi chép truyền thông tốn nhiều thời gian, dễ xảy ra gian lận khi ghi khối lượng, sai số khi ghi số liệu vào sổ và sai số khi nhập vào máy tính như hình 1.1
Hình 1.1 Ghi chép số liệu theo phương pháp thủ công
Trang 15Đối với cân đếm khối lượng, yêu cầu các sản phẩm phải có khối lượng tương đối đồng đều nhau thì mới thực hiện được (hình 1.2)
Hình 1.2 Cân đếm khối lượng
Trong công nghiệp, để tăng năng suất hoạt động của nhà máy, người ta sử dụng cân thống kê nhằm tự động hóa quá trình nhận dữ liệu đảm bảo được sự ổn định, độ chính xác cao và liên tục
Cân thống kê điển hình gồm các bộ phận như hình 1.3:
Hình 1.3 Các bộ phận điển hình của cân thống kê
Trang 16- Bàn cân: đưa sản phẩm đặt lên bàn cân để xác định khối lượng sản phẩm
- LED hiển thị: hiển thị khối lượng của sản phẩm
- Đầu đọc thẻ RFID: nhận thẻ từ để lấy dữ liệu làm thống kê, mỗi sản phẩm sẽ có một thẻ từ khác nhau, quét thẻ sau khi đặt sản phẩm lên bàn cân
- Mạch truyền thông RS232: hỗ trợ máy tính đọc dữ liệu từ đầu đọc thẻ RFID
- Giao diện điều khiển: lưu trữ, hiển thị dữ liệu thống kê, các trạng thái kết nối của cân
Bên cạnh đó, sử dụng cân cơ để thống kê tồn tại rất nhiều nhược điểm như cần ít nhất
2 người để thống kê trong đó 1 người đọc số liệu trên cân và 1 người ghi liệu vào sổ Việc này mất rất nhiều thời gian, độ chính xác không cao Hơn nữa, phải tốn chi phí đào tạo công nhân thống kê Sử dụng con người để thống kê làm cho việc nhập liệu không được diễn ra liên tục vì trong thời gian làm việc, công nhân có thể xin nghỉ giữa chừng Điều này ảnh hưởng rất nhiều tới năng suất của toàn nhà máy
Trang 171.2.2 Thống kê cả tổ, cân điện tử, ghi tay
Hình 1.5 Cân điện tử
Sử dụng cân điện tử thay thế cân tay làm tăng độ chính xác cho số liệu Cắt giảm được công nhân đọc số liệu.Bên cạnh đó, việc ghi liệu bằng tay vẫn tồn tại các nhược điểm như:
- Sai sót, nhầm lẫn khi nhập liệu
- Xảy ra tình trạng gian lận khi nhập liệu như là nhập cao hơn cho người quen, lấy khối lượng người này ghi cho người khác
- Dữ liệu không được ghi lại liên tục
- Khi công nhân thống kê nghỉ việc phải tốn chi phí đào tạo và tìm kiếm công nhân thống kê mới
1.3 KẾT LUẬN
Nhận thấy được các vấn đề trên và dựa vào yêu cầu đặt ra của sản phẩm cân thống kê nên nhóm đã quyết định “Thiết kế chế tạo cân thống kê” dựa trên các tiêu chí sau:
- Tổng quan: Khung cơ khí được thiết kế có kích thước khoảng 470x300x280 (W
x D x H, mm), bao gồm khung cân dưới, thanh chịu tải loadcell, khung cân trên để mặt bàn cân, đầu cân gồm nút nhấn Tare, Calib, nút nguồn, led báo nguồn, led hiển thị và mạch điện điều khiển
- Khung cơ khí được chế tạo từ inox để đảm bảo được chất lượng trong môi trường làm việc ẩm ướt của các nhà máy chế biến thủy hải sản
Trang 18CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu dựa trên nguyên lý hoạt động và khả năng làm việc của sản phẩm để lựa chọn phương án tối ưu nhất
Vận dụng kiến thức đã học về phương pháp đọc giá trị cảm biến, các thuật toán xử lý
và truyền nhận dữ liệu từ vi điều khiển với visual studio Nghiên cứu và kế thừa những
ưu nhược điểm của các thuật toán xử lý đồng thời kết hợp với nhu cầu thực tế của sản phẩm và giới hạn thực hiện của đề tài Từ đó đưa ra phương án giải quyết phù hợp nhất cho đề tài với quá trình như sau:
- Tìm hiểu về phương pháp thống kê của các nhà máy sản xuất
- Đưa ra ý tưởng xây dựng đề tài
- Lên ý tưởng thiết kế khung cơ khí bằng phần mềm SolidWorks
- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của vi điều khiển và thiết kế mạch điện phù hợp với đề tài
- Tìm hiểu về các module đọc loadcell
- Tìm hiểu về phương pháp quét thẻ từ
- Tìm hiểu module truyền thông với máy tính
- Viết chương trình điều khiển trên phần mềm Codevision
- Thiết kế giao diện điều khiển trên Visual Studio
- Tiến hành thực hiện từng bước để hoàn thiện đề tài
- Lắp ráp các mạch điện điều khiển để hoàn thành phần cứng
- Chạy thử chương trình
- Chỉnh sửa và cập nhật chương trình, giao diện điều khiển
2.1.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
- Nghiên cứu về giải thuật đọc giá trị loadcell, hiển thị giá trị lên led 7 thanh
- Nghiên cứu về truyền thông UART trên atmega, cách truyền nhận dữ liệu với Visual Studio
- Tìm hiểu cách sử dụng Visual Studio
Trang 19- Nghiên cứu các thuật toán đọc mã RFID, giao tiếp với vi điều khiển, tạo file, đọc file và ghi vào file
- Tìm hiểu về các mô hình, các đề tài nghiên cứu về cân thống kê đã thực hiện
2.1.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
- Thử nghiệm từng phần dựa theo lý thuyết, từ đó đưa ra kết luận cho các kết quả đạt được từ thử nghiệm và so sánh lý thuyết
- Thử nghiệm thuật toán đọc mã thẻ bằng cách sử dụng công cụ Debug của Visual Studio để kiểm tra dữ liệu được lưu vào biến sau mỗi câu lệnh
2.1.3 Yêu cầu sản phẩm
- Thiết kế và chế tạo phần khung cho cân thống kê
- Thiết kế chế tạo mạch điều khiển
- Viết chương trình cho đầu cân
- Viết phần mềm thống kê trên máy tính
- Vi điều khiển atmega16
- Truyền thông giữa máy tính và vi điều khiển qua RS232 (USB2COM)
- Thiết kế giao diện và viết chương trình điều khiển trên Visual Studio Tìm hiểu
và tham khảo các tài liệu có nội dung liên quan đến đề tài
- Dựa trên dữ liệu thu thập được, lên ý tưởng và lựa chọn giải pháp thiết kế, chế tạo cho thiết bị
- Thiết kế sơ đồ mạch điện điều khiển
- Thiết kế lưu đồ giải thuật, viết chương trình cho vi điều khiển
- Thiết kế giao diện điều khiển cân thống kê, hiển thị được mã công nhân, mã sản phẩm và khối lượng
- Thử nghiệm chương trình và cập nhật phần mềm, phần cứng để tối ưu hóa sản phẩm, dễ tiếp cận mọi người dùng
- Đánh giá kết quả thực nghiệm
Trang 20- Khối lượng cân của loacell là 30Kg
- Quá tải cho phép là 150%
- Điện áp đầu ra thay đổi mỗi 2.001 mV/V
- Chỉ số bảo vệ IP65
- Kích thước bàn cân tối đa là 350 x 400 mm
Cấu tạo và nguyên lý chung của loacell: Bên trong mỗi loadcell sẽ có các điện trở strain gauges Khi loadcell có lực tác dụng vào loadcell thì làm cho các strain gauges
bị biến dạng dẫn đến sự thay đổi giá trị điện áp đầu ra của loadcell
2.3.1.2 Tổng quan về module HX711
Thông số của module HX711:
- Điện áp làm việc: 2.7V – 5V
- Tốc độ lấy dữ liệu: 10 – 80 SPS
- Độ dài tín hiệu số: 24 bit
- Điện áp phân giải: 40mv
Nguyên lý hoạt động của module HX711: nhận tín hiệu analog của loadcell rồi chuyển thành tín hiệu số 24 bit, rồi truyền lên cho vi điều khiển
2.3.2 LED 7 thanh
Thông số của LED 7 thanh có trong mạch:
- Có 4 số ký tự và 5 dâu chấm
- Dương chung
- Kích thước của ký tự 14 x 24 mm (rộng x cao)
- Điện áp trên từng thanh là 2V
- Có tổng cộng 10 chân điều khiển
- Dòng điện hoạt động ổn định là 20Ma
- LED có màu đỏ
Trang 212.3.3 Vi điều khiển atmega16
Sơ lược Atmega 16A:
- Atmega 16A là vi điều khiển 8 bit, công suất khi hoạt động thấp
Bảng 2.1 Tên các chân trong Atmega 16A
10 Chân 14 Chân nhận dữ liệu từ máy tính (RX)
11 Chân 15 Chân truyền dữ liệu lên máy tính (TX)
Trang 222.3.4 Truyền thông RS232
2.3.4.1 Tổng quan
Kỹ thuật kết nối qua cổng nối tiếp RS232 được sử dụng trong việc giao tiếp giữa thiết
bị ngoại vi với máy tính
Ưu điểm:
- Chống nhiễu cao
- Có thể tháo lắp thiết bị ngoại vi mà không cần ngắt nguồn máy tính
- Phổ biến, dễ tìm và chi phí rẻ
- Kết nối đơn giản
- Có thể cấp nguồn cho thiết bị luôn
Nhược điểm:
- Chỉ kết nối được tối đa 2 thiết bị
- Khoảng cách kết nối ngắn (<15m)
- Tốc độ truyền khá chậm so với hiện tại ( ~ 20KB/s)
Hình 2.1 Sơ đồ chân cổng COM RS232
Hình 2.2 Cáp kết nối
Trang 23Bảng 2.2 Tên các chân kết nối cổng COM RS232
2.3.4.2 Quá trình truyền dữ liệu
Truyền dữ liệu
- Chuẩn giao tiếp RS232 là hình thức truyền dữ liệu nối tiếp không đồng bộ, từng bit sẽ lần lượt được truyền đi
Hình 2.3 Giao ti ếp RS232
- Bit đầu tiên là Start bit = 0
- Tiếp đó truyền đi dạng mã ASCII
- Tiếp đến là Parity Bit (chẵn/lẻ)
- Cuối cùng là bit kết thúc
Baud Rate (tốc độ baud)
- Số bit truyền đi trong 1s được gọi là tốc độ bit Bên nhận và bên phát phải cài đặt tốc độ này giống nhau
- Tốc độ baud là số lượng ký hiệu được truyền trong 1 giây
- Tốc độ bit = tốc độ baud x (số bit/baud)
Trang 242.3.5 Truyền thông USART
Tổng quan
- Vi điều khiển Atmega16 có một module USART để truyền thông nối tiếp Với chế độ truyền nối tiếp không đồng bộ, hai chân của Atmega16 phục vụ cho truyền nhận dữ liệu là TxD (Transmitted Data) chân 15 (PD1) và chân nhận dữ liệu RxD (Received Data) chân số 14 (PD0)
Hình 2.4 Sơ đồ chân vi điều khiển Atmega16
- Module USART có thể truyền và nhận dữ liệu cùng một thời điểm
- Khi dùng USART để kết nối tới máy tính, phải chọn các thông số hoạt động ở máy tính và vi điều khiển giống nhau:
+ Baud Rate
+ Frame: khung truyền: Start Bit, Data Bits, Parity Bit
- USART của Atmega16 có chức năng ngắt, ngắt của USART xảy ra khi hoàn thành xong việc gửi hoặc nhận một giữ liệu từ vi điều khiển về máy tính
Trang 25dựa trên C++ và Java
- Tìm kiếm từ khóa C# trên StackOverflow cho kết quả hơn 1,4 triệu chủ đề, điều này cho thấy ngôn ngữ C# dần trở nên tin cậy và tiếp cận tới nhiều người dùng hơn
- Rất nhiều ứng dụng đều có thể tạo ra bằng C# C# có thể xây dựng các ứng dụng trên Windows, Web và di động
2.3.7 Công cụ soạn thảo Visual Studio Community
Hình 2.6 Công cụ soạn thảo Visual Studio Community
Visual Studio Community là một công cụ soạn thảo (IDE) miễn phí, có khả năng mở rộng và đủ mọi tính năng để tạo ra các ứng dụng hiện đại cho Windows, Android, iOS, ứng dụng web và dịch vụ đám mây
Trang 26Các ưu điểm của Visual Studio Community:
- Có đầy đủ cho lập trình viên soạn thảo nhiều ngôn ngữ khác nhau
- Hỗ trợ thiết kế giao diện với nhiều công cụ đa dạng
- IDE tự động tìm và sửa các lỗi về lập trình một cách nhanh chóng
- Bộ đề xuất mã IntelliSense giúp lập trình viên gõ biến nhanh chóng và chính xác; thực hiện các cải tiến nhanh chóng cho mã của chương trình bằng cách gợi ý các hành động như đổi tên chức năng hoặc thêm một cài đặt
- Tính năng CodeLens giúp lập trình viên dễ dàng tìm các vấn đề quan trọng bên trong, chẳng hạn như thay đổi đoạn mã, các tác động của thay đổi đó; xem các tham chiếu, nguồn gốc của hàm, biến và mức độ sử dụng của chúng nhanh chóng
- Visual Studio cho phép lập trình viên dừng chương trình khi muốn kiểm tra lỗi bằng cách sử dụng điểm dừng (break point); với tính năng này, lập trình viên có thể xem xét giá trị của các biến tại thời điểm của break point để tìm ra nguyên nhân của lỗi
2.4 YÊU CẦU HỆ THỐNG
- Khối lượng max: 10kg
- Sai số: 50 gram
- Tốc độ: 5 sp/phút
- Hiển thị: Khối lượng, mã CN
- Kết nối tới máy tính để lấy dữ liệu cân thống kê
2.4.1 Phần cứng
- Khung cơ khí chắc chắn, không bị rung động nhiều khi đặt sản phẩm lên bàn cân
- Có các nút nhấn chức năng, bật tắt cân, còi báo và đèn báo nguồn
- Mạch điều khiển hoạt động ổn định
- Mạch LED hiển thị rõ ràng
Trang 272.4.2 Phần mềm
2.4.2.1 Phần mềm điều khiển
- Đọc được giá trị cân từ module HX711
- Hiển thị khối lượng lên màn hình cân
- Truyền được dữ liệu lên máy tính
2.4.2.2 Giao diện điều khiển
- Hiển thị mã công nhân, mã sản phẩm và khối lượng
- Nhận và lưu trữ dữ liệu vào file
- Thống kê năng suất theo ngày
2.5 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Phương án thiết kế được đưa ra như sau:
- Phương án 1: Sử dụng nhôm định hình là vật liệu cho toàn bộ khung cân với kích thước bàn cân là 300 x 350 mm, đầu cân thì làm bằng mica
- Phương án 2: Sử dụng inox là vật liệu cho toàn bộ khung cân với kích thước 300
x 350 mm và đầu cân với kích thước 230 x 150 x 92 mm
Ưu điểm:
- Phương án 1: Sử dụng nhôm định hình để chế tạo khung thì thời gian chế tạo nhanh, dễ dàng chế tạo, độ chính xác cao, dễ dàng sửa chữa và thay thế khi có hư hỏng xảy ra
- Phương án 2: Sử dụng inox để chế tạo toàn bộ khung cân và đầu cân thì sản phẩm
có thẩm mỹ cao, chiu lực tốt, tuổi thọ sản phẩm cao, theo hướng sản phẩm hơn
Trang 282.6 TIẾN HÀNH THIẾT KẾ, CHẾ TẠO
2.6.1 Phần cơ khí
2.6.1.1 Chế tạo, lắp ráp khung cân và đầu cân
Thiết kế khung cân trên Solidworks:
Hình 2.7 Bản vẽ 3D khung cân
Kích thước khung dưới 470 x 300 x 280 (W x D x H, mm)
Hình 2.8 Khung cân dưới
Trang 29Kích thước tối đa khung trên là 350 x 300 (W x D, mm)
Hình 2.9 Khung cân trên
Kích thước tối đa mặt bàn cân là 350 300 x 8 (W x D x H, mm)
Hình 2.10 Mặt cân
Trang 30Đầu cân được có kích thước 230 x 150 x 92 (W x D x H, mm)
Hình 2.11 Đầu cân
Cân được thiết kế trên solidworks
Hình 2.12 Cân trên solidworks
Trang 332.6.1.3 Các lưu ý khi hàn Tig
Bước 1: Xác định vật liệu hàn để chọn kim hàn và điều chỉnh dòng điện và khí phù hợp vd: vật liệu là ionx tấm dày 2mm thì dòng điện hàn ít nhất là 90A
Bước 2: Kiểm tra điều chỉnh các thông số máy hàn, kim hàn, kẹp mát, kiểm tra có khí hay không
Trang 34Bước 3: Gá đỡ chi tiết hàn và tiến hành hàn Mũi hàn không được chạm vào vật hàn
và cách vật hàn khoản 1.5 mm, nghiêng 20 độ Những mối hàn có khoảng cách rộng chúng ta phải sử dụng que hàn phụ để bù thêm Trước khi hàn chúng ta tiến bóp xả khí thừa
Bước 4: kiểm tra mối hàn có đạt yêu hay không, để chúng ta biết điều chỉnh kim hàn phù hợp
Hình 2.26 Phương pháp hàn
Một số lưu ý khi hàn: Phải trang bị đầy đủ các thiết bị bảo hộ như mũ hàn, găng tay
da, quần áo bảo hộ dài tay để tránh trường hợp bị bỏng khi hàn
Trang 35Hình 2.27 Bảo hộ khi hàn tig
2.6.1.4 Tiến hành chế tạo
Khung dưới của cân sau khi gia công hàn
Hình 2.28 Hàn khung cân dưới
Tôi đã sử dụng phương pháp hàn điểm cho khung cân vì nó đơn giản
Trang 36Hình 2.29 Mối hàn tig
Thanh chống quá tải sau khi hàn
Hình 2.30 Hàn thanh chống quá tải
Thanh chống chống quá tải sau khi hàn: Có tác dụng chống quá tải dẫn đến hư hỏng cho loadcell khi có lực, khối lượng vượt quá khối lượng cho phép tác động
Trang 37Hình 2.31 Hàn chân của cân
Chân chỉnh độ cao: có tác dụng cân bằng cân trên địa hình không bằng phẳng giúp cân hoạt động ổn định
Hình 2.32 Trụ gá đầu cân
Trang 38Hình 2.33 Làm nguội sau khi hàn
Làm nguội: Xử lý các mối hàn bằng đĩa nhám xếp và nỉ xám
Hình 2.34 Tẩy màu sau khi hàn
Tẩy mối hàn sau khi gia công: Sau khi hàn tig thì mối hàn sẽ có màu do quá trình hàn gây ra Để giải quyết vấn đề đó tôi đã sử dụng phương pháp điện hóa là kết hợp giữa hóa chất và dòng điện một chiều
Trang 40Hình 2.37 Lắp loadcell
Lưu ý khi lắp loadcell vào khung cân là không được dùng lực quá mạnh lên loadcell
vì có thể làm hỏng
Hình 2.38 Khung cân
Khung cân sau khi hoàn thiện phần cơ khí
2.6.2 Phần điện điều khiển
2.6.2.1 Thiết kế mạch Master và mạch LED hiển thị
a) Mạch Master
Hình 2.39 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn