Mô hình đếm và phân loại sản phẩm theo chiều cao

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀUVIỆN CNKT - NNCNC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔ HÌNH ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO Trình độ đào tạo Ngành Chuyên ngành Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thự

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU

VIỆN CNKT - NNCNC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MÔ HÌNH ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI

SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO

Trình độ đào tạo

Ngành

Chuyên ngành

Giảng viên hướng dẫn

Sinh viên thực hiện

Lớp

: Đại học chính quy: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện - Điện Tử: Điều Khiển và Tự Động Hóa

: ThS Châu Nguyễn Ngọc Lan : Lưu Văn Thọ - 17032432 Nguyễn Ngọc Hoàng - 17032197 : DH17TD

Vũng Tàu - Năm 2021

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(Đính kèm Quy định về việc tổ chức, quản lý các hình thức tốt nghiệp

ĐH, CĐ ban hành kèm theo Quyết định số 585/QĐ-ĐHBRVT ngày

16/7/2013 của Hiệu trưởng Trường Đại học BR-VT)

Trình độ đào tạo : Đại học

Hệ đào tạo : Chính quy

Ngành : Công nghệ kỹ thuật điện-điện tử

Chuyên ngành : Điều khiển và tự động hoá

Vũng Tàu, ngày tháng năm 2021

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Cô Châu Nguyễn Ngọc Lan là giảng viên hướng dẫn đề tài đã nhiệt tình chỉ bảo, hướng dẫn, giảng giải tận tình về các vướng mắc trong quá trình tìm hiểu đề tài.

Cảm ơn Hiệu Trưởng, cùng các quý thầy cô trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu đã hỗ trợ tận tình về trang thiết bị, phần mềm, cơ sở vật chất tạo điều kiện hoàn thành đồ án.

Cảm ơn thầy(cô) chủ nhiệm cùng các giảng viên bộ môn đã cung cấp,

bổ sung về mặt kiến thức; góp phần nâng cao vốn hiểu biết về ngành học tạo tiền đề cơ bản để thực hiện đề tài thuận lợi hơn.

Xin cảm ơn các bạn cùng khóa, cùng khoa đã động viên, khích lệ, ủng

hộ về nhiều mặt góp phần làm nên thành công của đồ án này.

XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN!

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay hệ thống điều khiển tự động không còn quá xa lạ với chúng ta.

Nó được ra đời từ rất sớm, nhằm đáp ứng được nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống của con người Và đặc biệt trong sản xuất, công nghệ tự động rất phát triển và nó đã giải quyết được rất nhiều vấn đề mà một người bình thường khó

có thể làm được Vì vậy điều khiển tự động đã trở thành một ngành khoa học

kỹ thuật chuyên nghiên cứu và ứng dụng của ngành điều khiển tự động vào lao động sản xuất, đời sống sinh hoạt của con người.

Bên cạnh đó kỹ thuật vi điều khiển đã trở nên quen thuộc trong các ngành

kỹ thuật và trong dân dụng Các bộ vi điều khiển có khả năng xử lý nhiều hoạt động phức tạp mà chỉ cần một chip vi mạch nhỏ, nó đã dần thay thế các tủ điều khiển lớn và phức tạp bằng những mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng thao tác

sử dụng.

Chính vì các lý do trên, việc tìm hiểu, khảo sát vi điều khiển là điều mà các sinh viên ngành điện mà đặc biệt là chuyên ngành Tự động hoá phải hết sức quan tâm Đó chính là một nhu cầu cần thiết và cấp bách đối với mỗi sinh viên, đề tài này được thực hiện chính là đáp ứng nhu cầu đó.

Để tìm hiểu rõ hơn về vi xử lý, nhóm chúng em đã chọn đề tài "Mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao dùng vi điều khiển Atmega16L."

Do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm của chúng em còn có hạn nên sẽ không thể tránh khỏi những sai sót Chúng em rất mong được sự giúp đỡ và tham khảo ý kiến của thầy cô và các bạn nhằm đóng góp phát triển thêm đề tài.

Chương 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

Trong quá trình sản xuất thì nhiều khâu được tự động hóa Một trong nhữngkhâu đơn giản trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là phân loại và đếm sốlượng sản phẩm làm ra một cách tự động

Trước thực tiễn ấy, chúng em đã quyết định chọn đề tài này nhằm tìm hiểu

về vấn đề đếm và phân loại sản phẩm qua ứng dụng của Atmega16L vì nó rất gầngũi với thực tế

1.2 Giới hạn đề tài:

Trong phạm vi đồ án này, tôi xin trình bày sơ lược về cấu tạo cũng nhưnguyên lý hoạt động của Mô hình phân loại và đếm sản phẩm theo chiều cao sửdụng : Atmega16L, cảm biến hồng ngoại, LCD16x2

1.3 Nguồn tư liệu:

Dựa vào mục đích tìm hiểu, phạm vi giới hạn và đối tượng nghiên cứu;

trong quá trình thực hiện, đề tài sử dụng nguồn tư liệu như sau:

- Các tài liệu kỹ thuật về cấu trúc, nguyên lý hoạt động

- Các tài liệu về trang thiết bị điện tử

- Tài liệu về lập trình lập trình, mã hóa vi điều khiển

1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu:

Mục đích nghiên cứu thông qua đề tài là tìm hiểu về ứng dụng đếm và

phân loại sản phẩm nên nhiệm vụ nghiên cứu gồm:

- Tìm hiểu cơ chế hoạt động

- Phân tích sơ đồ nguyên lý

- Nâng cao kỹ năng lập trình vi điều khiển, hàn mạch, làm sản phẩm điện

tử

- Phát triển khả năng tư duy cho sinh viên trong quá trình nghiên cứu

Chương 2: TỔNG QUAN CÁC LINH KIỆN CHÍNH

là dòng Mega ( như ATmega 16, Atmega 32, ATmega 128… ) với bộ nhớ có kích

thước vài Kbyte đến vài trăm Kb cùng với bộ ngoại vi đa dạng được tích hợp cả bộLCD trên chip ( dòng LCD AVR)

Tốc độ của dòng Mega cũng cao hơn so với các dòng khác Sự khác nhau cơ bảngiữa các đòng chính là cấu trúc ngoại vi, còn nhân thì vẫn như nhau

ATmega16 là một lọai Vi điều khiển có nhìều tính năng đặc biệt thích hợp choviệc giải quyết những bài tóan điều khiển trên nền vi xử lý

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

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

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

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

Với khả năng thực hiện mỗi lệnh trong vong một chu kỳ xung clock, Atmega16

có thể đạt được tốc độ 1MIPS trên mỗi MHz( 1triệu lệnh/s/MHz),các lệnh được xử

lý nhanh hơn,tiêu thụ năng lượng thấp

- Chân 9 : RESET để đưa chip về trạng thái ban đầu

- Chân 10 : VCC cấp nguồn nuôi cho vi điều khiển

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

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

vào chip

- Chân 14 đến 21 : Cổng nhập xuất dữ liệu song song D ( PORTD ) nó có thể đc

sử dụng các chức năng đặc biệt thay vì nhập xuất dữ liệu

- Chân 22 đến 29 : Cổng nhập xuất dữ liệu song song C ( PORTC ) nó có thể đc

sử dụng các chức năng đặc biệt thay vì nhập xuất dữ liệu

- Chân 30 : AVCC cấp điện áp so sánh cho bộ ADC

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

- Chân 33 đến 40 : Cổng vào ra dữ liệu song song A ( PORTA ) ngoài ra nó còn

đc tích hợp bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số ADC ( analog to digitalconverter )

Vào ra của vi điều khiển:

PORTA ( PA7 … PA0 ) : là các chân số 33 đến 40 Là cổng vào ra song song 8bít khi không dùng ở chế độ ADC Bên trong có sẵn các điện trở kéo, khi PORTA

là output thì các điện trở kéo ko hoạt động , khi PORTA là input thì các điện trởkéo đc kích hoạt

PORTB ( PB7 PB0 ) : là các chân số 1 đến 8 Nó tương tự như PORTA khi sửdụng vào ra song song Ngoài ra các chân của PORTB còn có các chức năng đặt biệt

sẽ đc nhắc đến sau

PORTC ( PC7 PC0 ) : là các chân 22 đến 30 Cũng giống PORTA và PORTBkhi là cổng vào ra song song Nếu giao tiếp JTAG đc bật, các trở treo ở các chânPC5(TDI), PC3(TMS), PC2(TCK) sẽ hoạt động khi sự kiện reset sảy ra Chức nănggiao tiếp JTAG và 1 số chức năng đặc biệt khác sẽ đc nghiên cứu sau

PORTD ( PD7 PD0 ) : là các chân 13 đến 21 Cũng là 1 cổng vào ra song songgiống các PORT khác, ngoài ra nó còn có 1 số tính năng đặc biệt sẽ đc nghiên cứusau

2.1.3 Sơ đồ khối

Hình 2: Sơ đồ khối của Atmega16

Atmega16 có tập lệnh phong phú về số lượng với 32 thanh ghi làm việc

đa năng Toàn bộ 32 thanh ghi đều được nối trực tiếp với ALU (Arithmetic Logic Unit), cho phép truy cập 2 thanh ghi độc lập bằng một chu kì xung nhịp.

Kiến trúc đạt được có tốc độ xử lý nhanh gấp 10 lần vi điều khiển dạng CISC (Complex Intruction Set Computer) thông thường.

Khi sử dụng vi điều khiển Atmega16, có rất nhiều phần mềm được dùng

để lập trình bằng nhiều ngôn ngữ khác nhau đó là: Trình dịch Assembly như AVR studio của Atmel, Trình dịch C như win AVR, CodeVisionAVR C, ICCAVR C - CMPPILER của GNU… Trình dịch C đã được nhiều người dụng và đánh giá tương đối mạnh, dễ tiếp cận đối với những người bắt đầu tìm hiểu AVR, đó là trình dịch CodeVisionAVR C Phần mềm này hỗ trợ nhiều ứng dụng và có nhiều hàm có sẵn nên việc lập trình tốt hơn.

2.1.4 Chức năng của Atmega16

• Atmega16 có cấu trúc RISC với:

+131 lệnh, hầu hết được thực thi trong 1 chu kì xung nhịp

+32x8 thanh ghi đa dụng

+Full static operation

+Tốc độ làm việc 16MPIS,với thạch anh 16MHz……

+16 KB ISP Flash với khả năng 10.000lần ghi/xóa

+512Byte EEROM +1KB SRAM ngọai

• Giao tiếp JTAG :

+Khả năng quét toàn diện theo chuẩn JTAG

+Hỗ trợ lập trình Flash,EEROM,fuse…

+Lock bit qua giao tiếp JTAG

• Ngọai vi:

+2 timer/counter 8 bit với các mode :so sánh và chia tần số

+1 timer/counter 16 bit với các mode:so sánh,chia tần số,capture,PWM

+1 timer thời gian thực(Real time clock) với bộ dao động riêng biệt

+4 kênh PWM(họăc nhiều hơn trong các VĐK khác thuộc họ này)

+8 kênh biến đổi ADC 10bit

+Hỗ trợ giao tiếp I2C

+Bộ giao giao tiếp nối tiếp lập trình được USART

+Giao tiếp SPI

+Watch_dog timer với bộ dao động on-chip riêng biệt

• Những thuộc tính đặc biệt:

+Power On reset và Brown-out detection

+chế độ hiệu chỉnh bộ sai số cho bộ dao động RC On-chip

+Các chế độ ngắt ngòai và trong đa dạng

+6 mode sleep:Idle,ADC noise reduction,tiết kiệm năng lượng,power-down,

standby,extended standby

+32 chân I/O(Atmega16) và 21 chân I/O (Atmega8) lập trình được

+vỏ 40 chaân (Atmega16) ,28 chân(Atmega8),64 chân(AT90can128);

2,7->5.5 V với ATmega16L4.5->5.5V với ATmega16H

• Tiêu hao năng lượng:

+Khi họat động tiêu thụ dòng 1,1mA

+Ở mode Idle tiêu thụ dòng 0.35mA

+Ở chế độ Power_down tiêu thụ dòng nhỏ hơn 1uA

• Đây là những chức năng cơ bản thường thấy trong các Vi điều khiểnAVR,ngoài ra trong các vi điều khiển khác thuộc dòng vi điều khiển này thì thường được

hỗ trợ thêm những chức năng đặc biệt

2.1.5 Đặc trưng

Được chế tạo theo kiến trúc RISC hiệu suất cao mà điện năng tiêu thụ thấp:

- Tập lệnh gồm 131 lệnh, hầu hết đều chỉ thực thi trong 1 chu kì xung nhịp

- Bộ nhân hai chu kì

- 32 x 8 thanh ghi làm việc đa dụng

- 16 MIPS với thông lượng 16MHz

- 8KB Flash ROM lập trình được ngay trên hệ thống :

- Giao diện nối tiếp SPI có thể lập trình ngay trên hệ thống

- Cho phép 1000 lần ghi/xóa

- Bộ EEPROM 512 byte, cho phép 100.000 lần ghi/xóa

- 16 Kbyte bộ nhớ chương trình in-System Self-programmable Flash

- Chu kì ghi/xóa (Write/Erase) :10.000 Flash/ 100.000 EEPROM

- Độ bền dữ liệu 20 năm ở 85°C và 100 năm ở 25°C

- Bộ nhớ SRAM 512 byte

- Bộ biến đổi ADC 8 kênh, 10 bit

- 32 ngõ I/O lập trình được.

- Bộ truyền nối tiếp bất đồng bộ vạn năng UART

- Vcc=2.7V đến 5.5V

- Tốc độ làm việc: 8 MHz đối với Atmega16L, 16MHz đối với

- Atmega16 tối đa

- Tốc độ xử lí lệnh đến 8 MIPS ở 8 MHz nghĩa là 8 triệu lệnh trên

- kênh điều chế độ rộng xung PWM

- Có đến 13 interrupt ngoài và trong

- Bộ so sánh Analog

- Bộ lập trình Watch dog timer

- chế độ ngủ : Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Powerdown,

Standby và Extended Standby

- Giao tiếp nối tiếp Master/Slave SPI

2.2 Module LM2596

2.2.1 Giới thiệu

Mạch Giảm Áp LM2596 là module giảm áp có khả năng điều chỉnh được dòng

ra đến 3A Tức là khi cấp nguồn 9v vào module, sau khi giảm áp ta có thể lấp đượcnguồn 3A < 9v như 5V hay 3.3V

Module nguồn không sử dụng cách ly

Nguồn đầu vào từ 4V - 35V

Nguồn đầu ra: 1V - 30V

Dòng ra Max: 3A

Kích thước mạch: 53mm x 26mm

Đầu vào: INPUT +,

INPĐầu ra: OUTP UT+, OUTP

UT-Hình 4: Hướng đi của dòng điện trong LM2596

Khi cấp nguồn thô vào chân INPUT+, INPUT- ta sẽ nhận được nguồn ra

từ chân OUTP UT+, OUTP

UT-Điện áp đầu ra được tùy chỉnh bằng cách vặn biến trở trên module Biến

trở trên module này hỗ trợ vặn 14 vòng

 Dựa trên nguyên lý trên, Module LM2596 được áp dụng vào mô hình

nhằm tùy chỉnh tốc độ băng tải hoạt động thông qua động cơ DC

2.3 Cảm biến hồng ngoại

2.3.1 Giới thiệu

Ngày nay, chúng ta đã quen với việc sử dụng cảm biến siêu âm để phát hiện vậtcản, tuy nhiên điểm yếu của nó là dễ bị nhiễu Để khắc phục điểm yếu trên, đồ án đã

sử dụng một phương pháp phát hiện vật cản khác Đó chính là sử dụng hồng ngoại,

mà cụ thể hơn là sử dụng cảm biến vật cản hồng ngoại thường ứng dụng cho cácđặc tính Robot tránh vật cản, trên các dây chuyền phát hiện sản phẩm, các bộreminder đa chức năng v.v

Hình 5: Cảm biến vật cản hồng ngoại

Cảm biến hồng ngoại khi hoạt động, tia hồng ngoại phát ra một tần số nhất định,khi phát hiện hướng truyền có vật cản (mặt phản xạ), phản xạ vào đèn thu hồngngoại, sau khi so sánh, đèn màu xanh sẽ sáng lên đồng thời đầu cho tín hiệu số đầu

ra (một tín hiệu bậc thấp)

Khoảng cách làm việc hiệu quả 2 ~ 5cm, điện áp làm việc là 3.3 V đến 5V Độnhạy sáng của cảm biến được điều chỉnh bằng chiết áp, cảm biến dễ lắp ráp, dễ sử

dụng,

• Các mô-đun đã được so sánh điện áp ngưỡng thông qua chiết áp, nếu sử

dụng ở chế độ thông thường, xin vui lòng không tự ý điều chỉnh chiết áp

- Chân số 1 - VSS : chân nối đất cho LCD được nối với GND của mạch

điều khiển

- Chân số 2 - VDD : chân cấp nguồn cho LCD, được nối với VCC=5V của mạch điều khiển

- Chân số 3 - VE : điều chỉnh độ tương phản của LCD

- Chân số 4 - RS : chân chọn thanh ghi, được nối với logic "0" hoặc logic

"1":

+ Logic “0”: Bus DB0 - DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế

độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read)

+ Logic “1”: Bus DB0 - DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong

LCD

- Chân số 5 - R/W : chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write), được nối với

logic “0” để ghi hoặc nối với logic “1” đọc

- Chân số 6 - E : chân cho phép (Enable) Sau khi các tín hiệu được đặt lênbus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân này nhưsau:

+ Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào thanh ghi bên trongkhi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân

E+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnhlên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuốngmức thấp

- Chân số 7 đến 14 - D0 đến D7: 8 đường của bus dữ liệu dùng để trao

đổi thông tin với MPU Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này là: Chế độ

8 bit (dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7) vàChế độ 4 bit (dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit

MSB là DB7)

- Chân số 15 - A : nguồn dương cho đèn nền

- Chân số 16 - K : nguồn âm cho đèn nền

2.5 Motor DC

2.5.1 Giới thiệu

Hình 7: Động Cơ DC Motor 775Động cơ điện một chiều là máy điện chuyển đổi năng lượng điện một chiềusang năng lượng cơ (Máy điện chuyển đổi từ năng lượng cơ sang năng lượng điện

là máy phát điện)

Động Cơ DC Motor 775 là loại động cơ điện một chiều có chổi than sử dụngnguồn điện 12 - 24V ( có thể lên 36V), được trang bị quạt tản nhiệt tích hợp trongthân động cơ Đây là động cơ nhỏ gọn, công suất lớn, mạnh mẽ Ứng dụng làm máykhoan mini, máy cưa bàn mini, máy cắt cầm tay, máy cnc mini

2.5.2 Thông số kỹ thuật

- Điện áp hoạt động: 12VDC ( có thể lên 24V)

- Tốc độ không tải : 10000 vòng / phút với điện áp 24VDC

- Dòng không tải: 1A

- Đường kính motor : 42mm

- Chiều dài motor (không tính trục): 67mm

- Chiều dài trục: 17mm (chiều dài của vát D là 13mm)

- Đường kính trục: 5MM

- Lỗ ốc gắn gá motor: 4mm

- Trọng lượng motor: 350g

2.5.3 Cấu tạo & Hoạt động

Gồm có 3 phần chính stator (phần cảm), rotor (phần ứng), và phần chỉnh

lưu (chổi than và cổ góp)

- Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu,

hay nam châm điện

- Rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều

- Bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động

quay của rotor là liên tục

Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra

chuyển động quay của rotor

Pha 2: Rotor tiếp tục quay

Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và

rotor cùng dấu, trở lại pha 1

Hình 8: Nguyên lý hoạt động phần cảm và phần ứng.