BÁO CÁO ĐỒ ÁN THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO

Từ những thiết bị điện tử đầu tiên to lớn cồng kềnhhiệu suất thấp rồi đến những chiếc máy tính bỏ túi đầu tiên trợ giúp con người vớikhả năng tính toán lên đến hàng trăm ngàn phép tính t

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

-o0o -BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2 NĂM HỌC: 2021- 2022

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG ĐẾM

VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN:TRẦN TRỌNG HIẾU

SINH VIÊN THỰC HIỆN:LÂM HOÀNG QUY

Lớp: 10DHDT1

Mã số sinh viên: 2002190300

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Thời gian thực hiện:

Sinh viên thực hiện: Lâm Hoàng Quy

Nội dung đề tài:

- Tìm hiểu tổng quan lý thuyết

- Xây dựng mục tiêu đề tài

- Thiết kế và thi công hệ thống đếm và phân loại sản phẩm theo chiều cao

- Thực nghiệm và đánh giá đề tài

Kế hoạch thực hiện:

- Từ ngày …đến ngày …: Nhận đề tài

- Từ ngày … đến ngày …: Nghiên cứu đề tài

- Từ ngày … đến ngày…: Tiến hành thi công lắp ráp và thử nghiệm

- Từ ngày … đến ngày …: Viết báo cáo

Xác nhận của giảng viên hướng dẫn TP HCM, ngày… tháng … năm…

Sinh viên

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

TP HCM, ngày….tháng… năm……

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Tên đồ án: ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ HIỂN THỊ TRÊN LED MA TRẬN NỐI TIẾP Sinh viên thực hiện: Giảng viên hướng dẫn: Lâm Hoàng Quy 2002190300 Trần Trọng Hiếu Đánh giá Đồ án 1. Về cuốn báo cáo: Số trang Số chương Số bảng số liệu Số hình vẽ Số tài liệu tham khảo Sản phẩm Một số nhận xét về hình thức cuốn báo cáo: ………

………

………

………

………

………

………

2. Về nội dung đồ án:

3 Về tính ứng dụng: ………

………

………

………

………

4 Về thái độ làm việc của sinh viên: ………

………

………

………

………

Đánh giá chung: ………

………

………

………

………

………

Điểm sinh viên:

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

………

………

………

………

………

.………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 201…

Tác giả

(Họ tên sinh viên)

MỤC LỤC

DANH MỤC KÝ HIỆU, CỤM TỪ VIẾT TẮT 7

DANH MỤC BẢNG BIỂU 8

DANH MỤC HÌNH ẢNH 9

Hình 2.3: Các cổng vào ra 15

2.1.6.Ngôn ngữ lập trình cho Arduino 16

Hình 2.4: Giao diện phần mềm Arduino IDE 17

MỤC LỤC i

DANH MỤC KÝ HIỆU, CỤM TỪ VIẾT TẮT iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH v

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Các công trình nghiên cứu liên quan 1

1.3 Mục tiêu đề tài 1

… 1 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2

2.1 … 2

2.1.1 … 2

2.1.2 … 2

2.2 … 2

… 2 CHƯƠNG 3: CƠ SỞ THỰC HIỆN 3

3.1 … 3

3.1.2 … 3

3.2 … 3

… 3 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 4

4.1 … 4

4.1.1 … 4

4.1.2 … 4

4.2 … 4

… 4 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG ĐỀ TÀI 5

5.1 Kết quả đạt được 5

5.2 Hạn chế 5

5.3 Hướng phát triển của đề tài 5

PHỤ LỤC 6

Code chương trình 6

Giới thiệu phần mềm sử dụng… 6

Hướng dẫn cài đặt phần mềm… 6

…6

DANH MỤC KÝ HIỆU, CỤM TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU



DANH MỤC HÌNH ẢNH

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI1.1.Đặt vấn đề:

Trong cuộc sống hiện đại ngày nay, công nghệ kỹ thuật điện tử đã hiện diệntrong hầu hết các thiết bị con người sử dụng từ lĩnh vực dân dụng đến công nghiệp,quân sự Hơn 60 năm từ khi thiết bị bán dẫn đầu tiên ra đời cho đến nay đã cónhững bước phát triển nhanh chóng đến kinh ngạc, đem tới sự tiện nghi đáp ứngcho cuộc sống của con người Từ những thiết bị điện tử đầu tiên to lớn cồng kềnhhiệu suất thấp rồi đến những chiếc máy tính bỏ túi đầu tiên trợ giúp con người vớikhả năng tính toán lên đến hàng trăm ngàn phép tính trên giây cho tới hiện nay với

sự ra đời của công nghệ nano đã biến những thứ không thể thành có thể, mọi thứnhư máy tính bỏ túi, đồng hồ, máy ảnh số, chiếc điện thoại bản đều được tíchhợp trong một chiếc điện thoại nhỏ gọn mà người dùng có thể đem đi bất cứ nơiđâu một cách dễ dàng

Sự phát triển vượt bậc của công nghệ điện tử dẫn đến sự ra đời của các chip

vi xử lý thông minh với mức độ tích hợp cao ứng dụng vào các dây chuyền sảnxuất hiện đại Nhiệm vụ của con người trong các khâu sản xuất dần được giảm nhẹbởi các hệ thống điều khiển thông minh có khả năng tự động hóa các công đoạncao giúp giảm giá thành nhân công, an toàn hơn trong vận hành, điều khiển và đemlại hiệu suất làm việc cao hơn Trong bối cảnh hiện nay, nền công nghiệp nước tavẫn còn khá mới mẽ trong lĩnh vực tự động hóa, hầu hết các máy móc và côngnghệ sản xuất đều phải nhập từ các quốc gia khác có nền công nghệ cao hơn, do đóchỉ phí để đầu tư các hệ thống máy móc này khá đắt tiền mà nhiều doanh nghiệpvừa và nhỏ không có đủ chi phí mua các máy móc đó Từ thực tế trên nên emquyết định thực hiện đồ án “Thiết kế và thi công hệ thống đếm và phân loại sảnphẩm theo chiều cao” để tìm hiểu cơ sở lý thuyết tới hệ thống thực tiễn về một dâychuyển sản xuất cơ bản nhất làm cơ sở để phát triển những hệ thống phức tạp vàđáp ứng nhu cầu thực tế hơn sau này

1.2.Các công trình nghiên cứu liên quan.

1.2.1 Trong nước

Các hệ thống băng tải đếm sản phẩm của công ty Việt Thống, công ty Thiên Phú,công ty Tuấn Thành

1.2.2 Ngoài nước

Trên thế giới, mô hình phân loại sản phẩm có mặc khắp trong các lĩnh vực :

Chuyển phát nhanh, ngành công nghiệp nhẹ, ngành công nghiệp may mặc và

ngành công nghiệp dược liệu

- Mục tiêu của đề tài này là làm ra mô hình có thể đếm và phân loại sản phẩm theochiều cao.

- Nếu là mô hình này với quy mô lớn như trong các công ty, doanh nghiệp thì cónhiều tính năng như:

+Dễ dàng kiểm soát được số lượng sản phẩm, vừa tăng được năng suất côngviệc so với hình thức sản xuất truyền thống

+ Có thể kết hợp được với nhiều hệ thống băng tải khác để đẩy nhanh quátrình vận chuyển và đếm sản phẩm nhanh chóng, chính xác nhất

+ Có thể sử dụng được ở mọi không gian, quy mô nhà máy, xí nghiệp

+ Tiết kiệm được: thời gian, không gian và nhân lực

-Ngoài ra, sau khi làm xong đề tài, ta có thể hiểu biết thêm nhiều thứ:

+ Biết thêm về nguyên lí hoạt động

+ Nâng cao kĩ năng lập trình vi điều khiển, hàn mạch, làm sản phẩm điện tử.+ Phát triển khả năng tư duy trong quá trình nghiên cứu

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT2.1 Arduino Uno R3

2.1.1 Tổng quan về Arduino

Arduino thật ra là một bo mạch vi xử lý được dùng để lập trình tương tácvới các thiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hoặc các thiết bị khác Đặcđiểm nổi bật của Arduino là môi trường phát triển ứng dụng cực kỳ dễ sử dụng,với một ngôn ngữ lập trình có thể học một cách nhanh chóng ngay cả với người ít

am hiểu về điện tử và lập trình Và điều làm nên hiện tượng Arduino chính làmức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ phần cứng tới phần mềm

Hình 2.1: Arduino Uno R3.

2.1.2 Một vài thông số của Arduino Uno R3

Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit

Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC

Điện áp vào giới hạn 6-20V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi

Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấpnguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V Thườngthì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu không có sẵn nguồn từ cổngUSB Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, sẽ làm hỏng Arduino UNO

Các chân năng lượng

 ND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khibạn dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì nhữngchân này phải được nối với nhau

 5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là500mA

 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là50mA

 Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nốicực dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chânGND

 IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO cóthể được đo ở chân này Và dĩ nhiên nó luôn là 5V Mặc dù vậy bạnkhông được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của

nó không phải là cấp nguồn

 RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tươngđương với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở10KΩ

Lưu ý:

 Arduino UNO không có bảo vệ cắm ngược nguồn vào Do đó phảihết sức cẩn thận, kiểm tra các cực âm – dương của nguồn trước khicấp cho Arduino UNO Việc làm chập mạch nguồn vào của ArduinoUNO sẽ biến nó thành một miếng nhựa chặn giấy Nên dùng nguồn

từ cổng USB nếu có thể

 Các chân 3.3V và 5V trên Arduino là các chân dùng để cấp nguồn racho các thiết bị khác, không phải là các chân cấp nguồn vào Việccấp nguồn sai vị trí có thể làm hỏng board Điều này không được nhàsản xuất khuyến khích

 Cấp nguồn ngoài không qua cổng USB cho Arduino UNO với điện

áp dưới 6V có thể làm hỏng board

Arduino UNO sẽ làm hỏng vi điều khiển.

 Cường độ dòng điện qua một chân Digital hoặc Analog bất kì củaArduino UNO vượt quá 40mA sẽ làm hỏng vi điều khiển Do đó nếukhông dùng để truyền nhận dữ liệu phải mắc một điện trở hạn dòng

2.1.4.Bộ nhớ

Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:

 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữtrong bộ nhớ Flash của vi điều khiển Thường thì sẽ có khoảng vài

KB trong số này sẽ được dùng cho bootloader nhưng đừng lo, bạnhiếm khi nào cần quá 20KB bộ nhớ này đâu

 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biếnbạn khai báo khi lập trình sẽ lưu ở đây Bạn khai báo càng nhiều biếnthì càng cần nhiều bộ nhớ RAM Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khinào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ mà bạn phải bận tâm Khi mấtđiện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất

 1Kb cho EEPROM( Electrically Eraseble Programmable Read OnlyMemory): đây giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn có thể đọc

và ghi dữ liệu của mình vào đây mà không phải lo bị mất khi cúpđiện giống như dữ liệu trên SRAM

2.1.5.Các cổng vào ra

Hình 2.3: Các cổng vào ra

Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ

mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiểnATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối).

Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:

 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) vànhận (receive – RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giaotiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này Kết nối bluetooth thườngthấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây Nếu không cầngiao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cầnthiết

 Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xungPWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V →5V) bằng hàm analogWrite() Nói một cách đơn giản, bạn có thểđiều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ

cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác

 Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK).Ngoài các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyềnphát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác

 LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L).Khi bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nóđược nối với chân số 13 Khi chân này được người dùng sử dụng,LED sẽ sáng

2.1.6.Ngôn ngữ lập trình cho Arduino

Hình 2.4: Giao diện phần mềm Arduino IDE.

Thiết kế bo mạch nhỏ gọn, trang bị nhiều tính năng thông dụng mang lạinhiều lợi thế cho Arduino, tuy nhiên sức mạnh thực sự của Arduino nằm ở phầnmềm Môi trường lập trình đơn giản dễ sử dụng, ngôn ngữ lập trình Wiring dễhiểu và dựa trên nền tảng C/C++ rất quen thuộc với người làm kỹ thuật Và quantrọng là số lượng thư viện code được viết sẵn và chia sẻ bởi cộng đồng nguồn mở

là cực kỳ lớn

Arduino IDE là phần mềm dùng để lập trình cho Arduino Môi trường lậptrình Arduino IDE có thể chạy trên ba nền tảng phổ biến nhất hiện nay làWindows, Macintosh osx và Linux Do có tính chất nguồn mở nên môi trường lậptrình này hoàn toàn miễn phí và có thể mở rộng thêm bởi người dùng có kinhnghiệm

Ngôn ngữ lập trình có thể được mở rộng thông qua các thư viện C++ Và

do ngôn ngữ lập trình này dựa trên nền tảng ngôn ngữ c của AVR nẽn người dùnghoàn toàn có thể nhúng thêm code viết bằng AVR vào chương trình nếu muốn

2.2.IC74HC595

2.2.1Thông số kĩ thuật:

Điện áp hoạt động: 2 – 6V

8 bit serial vào, 8 bit serial hoặc song song ra

Thanh ghi lưu trữ với 3 trạng thái ra

Thanh ghi dịch với xóa trực tiếp

Tần số quét 100Mhz (đặc trưng)

Khả năng xuất: Xuất song song (điều khiển bus), Xuất Serial

-IC 74HC595 là IC ghi dịch 8bit kết hợp chốt dữ liệu, đầu vào nối tiếp đầu

ra song song, và đầu ra 3 trạng thái

-IC 74HC595 thường dùng trong cácmạch quét led 7,led matrix…để tiếtkiệm số chân VDK tối đa (3 chân) Có thể mở rộng số chân vi điều khiển baonhiêu tùy thích mà k ic nào có thể làm dc bằng việc mắc nối tiếp đầu vào dữ liệucác ic với nhau

2.2.2.Sơ đồ chân IC 74HC595

Hình 2.5: Sơ đồ chân IC 74HC595

- Các chân từ 1 tới 7 và chân số 15 là ngõ ra của IC (ứng với Q0, Q1, …, Q7)

- Chân DS (chân số 14) là ngõ vào của IC (đây là IC vào nối tiếp nên ta chỉ cần 1ngõ vào là đủ)

- Chân 16 - VCC là chân cấp nguồn dương (từ 2V đến 6V)

- Chân số 8 GND là chân cấp Ground – cực (-) của nguồn

- Chân SHCP là chân đưa xung clock (xung nhịp) vào IC và khi có cạnh lên củaxung thì IC đưa tín hiệu ở ngõ vào vào bộ nhớ của IC để chờ xử lý

(Xung clock là 1 chuỗi tín hiệu logic 0 và 1 có thể là 1 xen kẽ với 0 cũng có thể là0,1 ngẫu nhiên, nhưng nói chung nó là 1 chuổi tín hiệu logic Còn cạnh lên và cạnhxuống của xung thì các bạn có thể thấy trên hình, cạnh lên là khi xung clock,

- Chân STCP là chân đưa xung clock vào IC để khi có cạnh lên của xung thì ICđưa toàn bộ 8bit data đã được lưu (đã nói ở chân SHCP) ra ngõ ra của IC.

- Chân MR| là chân reset IC (tức là trả IC về trạng thái ban đầu – khi chân này tíchcực thì toàn bộ bộ nhớ của IC sẽ bị xoá tất cả bằng 0, tuy nhiên lưu ý là lúc này tínhiệu ở ngõ ra không bị xoá mà vẫn giữ nguyên giá trị trước đó) và chân này tíchcực mức thấp (LOW active) có nghĩa là muốn reset IC thì phải đưa 0V vào chânnày

- Chân EO| là chân Output Enable chân khi được tích cực thì mới cho phép ta điềuchỉnh được giá trị ngõ ra Khi tên chân IC mà có dấu gạch trên đầu tức là nó tíchcực thấp (LOW active) tức là muốn tích cực chân này thì ta phải đưa 0v (GND)vào chân này Còn nếu khi chân này không được tích cực (tức là đưa mức logic 1vào chân này thì ngõ ra bị đưa lên trạng thái trở kháng cao)

Bây giờ chúng ta đã đủ kiến thức để tìm hiểu chân số 9 chân Q7S Chữ S ở đây làviết tắt cho từ Serial (nối tiếp) chân này thường được dùng khi ta nối tiếp các IC74HC595 với nhau (chân Q7S của con trước nối vào chân DS của con sau) chânnày sẽ có giá trị của bit trọng số cao của bộ nhớ IC (Bit mới được đưa vào sẽ nằm

ở vị trí LSB – trong số thấp) nếu mắc nối tiếp các IC 74HC595 lại với nhau theocách như vậy thì khi bit MSB bị đẩy ra khỏi bộ nhớ của IC sẽ không mất đi màtrước đó nó đã được sao chép qua IC phía sau

2.3 Cảm Biến E18-D80NK

Hình 2.6: Cảm Biến E18-D80NK 2.3.1 Thông số kỹ thuật E18-D80NK

Dạng đóng ngắt: Thường mở (NO - Normally Open)

Số dây tín hiệu: 3 dây (2 dây cấp nguồn DC và 1 dây tín hiệu)

Nguồn điện cung cấp: 5VDC

Chất liệu sản phẩm: nhựa.

Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ

Kích thước: 18 x 45mm

2.3.2Sơ đồ chân E18-D80NK

E18-D80NK có cách nối dây tương đối đơn giản:

+Màu nâu: VCC, nguồn dương 5VDC

+Màu xanh dương: GND, nguồn âm 0VDC

+Màu đen: Chân tín hiệu cấu trúc Transistor NPN đã kéo trở nội 10k lên VCC

Hình 2.7: Sơ đồ chân của E18-D80NK 2.4.LED 7 đoạn

2.4.1Giới thiệu