Đồ án "Thiết kế thi công bộ đếm và phân bố sản phẩm"

Đồ án "Thiết kế thi công bộ đếm và phân bố sản phẩm"

lOMoARcPSD|36006477
Thiết Kế Thi Công B Đếm Và Phân Loi
Sn Phm
Người thc hin
Trn Mnh Hùng MSSV: 03091911**
B Môn T Động Hóa
Khoa Điện-Đin T
Tháng 11 năm 2021
lOMoARcPSD|36006477
Thiết Kế Thi Công B Đếm Và Phân Loi
Sn Phm
Giáo viên hướng dn: Th.s Cù Minh Phước
Người thc hin
Trn Mnh Hùng 03091911**
Nhn xét ca Ging viên
...........................................................................................................
....
...........................................................................................................
....
...........................................................................................................
....
...........................................................................................................
....
...........................................................................................................
....
...........................................................................................................
....
lOMoARcPSD|36006477
...........................................................................................................
....
...........................................................................................................
....
...........................................................................................................
....
...........................................................................................................
....
...........................................................................................................
....
...........................................................................................................
....
...........................................................................................................
....
...........................................................................................................
....
...........................................................................................................
....
...........................................................................................................
....
...........................................................................................................
....
...........................................................................................................
....
...........................................................................................................
....
...........................................................................................................
....
...........................................................................................................
....
lOMoARcPSD|36006477
...........................................................................................................
....
...........................................................................................................
....
...........................................................................................................
....
...........................................................................................................
....
lOMoARcPSD|36006477
Li Cảm Ơn
Em xin gi li chúc sc khe li cảm ơn chân thành đến quý
thầy cô trường Cao Đẳng K Thut Cao Thắng đã tận tình ch dy chúng
em thi gian va qua. Em xin cảm ơn c thầy cô trong khoa Điện Đin
T, b môn T Động Hóa và đặc bit là thầy Cù Minh Phước đã tận tình
ng dn em thc hin tốt đ án vi điều khin này giúp em hiu
thêm nhiu kiến thức. Đồ án này s không th hoàn thành nếu không
có s giúp đỡ ca các thy cô. Do kinh nghim và hiu biết chưa đủ tt
nên không th tránh khi nhng thiếu sót, mong các thy cô b qua và
đưa ra những li khuyên, li ch dạy để em th t ra được kinh
nghim và hoàn thin đồ án tt nghip sp ti. Em xin chân thành cm
ơn.
lOMoARcPSD|36006477
7
MC LC
Li Cảm Ơn...........................................................................................1
MC LC.............................................................................................2
DANH SÁCH CÁC HÌNH....................................................................4
DANH SÁCH CÁC BNG...................................................................4
Các T Viết Tt......................................................................................5
Các Hiu..........................................................................................5
Chương 1 GIỚI THIU.........................................................................7
1.1 Tổng quan đề tài..............................................................................7
1.2 Mục tiêu đề tài.................................................................................8
1.2.1 Ý nghĩa đề tài................................................................................8
1.2.2 Phương pháp thực hin.................................................................8
1.3 Cu trúc ca quyn..........................................................................8
Chương 2 Lý Thuyết Cơ Bản...............................................................10
2.1 Tng quan v vi điều khin PIC16F877A......................................10
2.1.1 Gii thiu....................................................................................10
2.1.2 Chức năng các port.....................................................................10
2.2 Module cm biến màu sc TCS3200..............................................11
2.3 Sơ lược LCD 1602.........................................................................14
2.4 Mt s linh kin khác.....................................................................16
2.4.1 IC n áp 7805..............................................................................16
2.4.2 Opto quang cách ly.....................................................................16
2.4.3 Relay...........................................................................................17
2.5 Các phn mm s dng..................................................................18
lOMoARcPSD|36006477
8
2.5.1 CCS C Compiler.........................................................................18
2.5.2 Altium designer...........................................................................18
2.6 Chức năng đếm s kin ca timer1................................................19
Chương 3 Thiết Kế Sơ Đồ Khối Và Sơ Đồ Nguyên Lý.......................21
3.1 Sơ đồ khi h thng.......................................................................21
3.2 Sơ đồ nguyên lý h thng..............................................................23
3.2.1 Khi ngun.................................................................................23
3.2.2 Khi x lý trung tâm...................................................................25
3.2.3 Khi cm biến.............................................................................25
3.2.4 Khi hin th...............................................................................26
3.2.5 Khi cnh báo.............................................................................26
3.2.6 Khi công sut............................................................................27
3.3 Mch in hoàn chnh........................................................................27
Chương 4 Chương Trình Điều Khin...................................................29
4.1 Lưu đồ thut gii............................................................................29
4.1.1 Lưu đồ chương trình chính.........................................................29
4.1.2 Lưu đồ chương trình con lọc màu...............................................30
4.1.3 Lưu đồ chương trình xử lý ngt..................................................32
Chương 5 Kết Luận Và Hướng Phát Trin...........................................33
5.1 Kết lun.........................................................................................33
5.1.1 Kết qu đạt được.........................................................................33
5.1.2 Kết qu chưa đạt được................................................................33
5.2 Hướng phát trin............................................................................33
Tài Liu Tham Kho............................................................................35
Bng tính vật tư...................................................................................36
Ph lc.................................................................................................37
lOMoARcPSD|36006477
9
DANH SÁCH CÁC HÌN
Hình 2-1: Sơ đ chân...........................................................................10
Hình 2-2: module cm biến màu sc TCS3200....................................11
Hình 2-3: Sơ đồ khi chức năng..........................................................12
Hình 2-4: đồ khi chức năng của cm biến TCS230......................12
Hình 2-5: La chn photodiode...........................................................13
Hình 2-6: La chn b chuyển đi tn s............................................13
Hình 2-7: LCD 1602............................................................................14
Hình 2-8: IC7805.................................................................................16
Hình 2-9: opto pc817...........................................................................16
Hình 2-10: Relay 5VDC......................................................................17
Hình 2-11: Thanh ghi T1CON ca timer1...........................................19
Hình 3-1: đ khi h thng.............................................................21
Hình 3-2: Sơ đồ nguyên lý h thng....................................................23
nh 3-3: Khi ngun..........................................................................23
Hình 3-4: Khi x lý trung tâm...........................................................25
Hình 3-5: Khi cm biến.....................................................................25
Hình 3-6: Khi hin th........................................................................26
Hình 3-7: Khi cnh báo......................................................................26
Hình 3-8: Khi công sut.....................................................................27
Hình 3-9: Mch in 2D..........................................................................27
Hình 3-10: Mch in 3D........................................................................28
Hình 4-1: Lưu đồ thuật chương trình chính.........................................29
Hình 4-2 Lưu đồ thuật chương trình chính..........................................30
Hình 4-3: Lưu đồ chương trình con lọc màu........................................31
lOMoARcPSD|36006477
10
nh 4-4: Lưu đồ chương trình xử ngt...........................................32
DANH SÁCH CÁC BNGY
Bng 2-1: Chức năng các chân của LCD 1602....................................15
Các T Viết Tt
lOMoARcPSD|36006477
Các Ký Hiu
lOMoARcPSD|36006477
Thiết Kế Thi Công B Đếm Và Phân Loi Sn Phm
Trn Mnh Hùng
Ngành Công Ngh Điu Khin và T Động Hóa
Khoa Điện - Đin t
Trường Cao Đẳng K Thut Cao Thng
Tóm Tt
Với đề tài Thiết kế thi công b đếm phân loi sn phm theo
màu sc em mun vn dng nhng sn phm công ngh khoa hc tiên
tiến áp dng vào quá trình sn xut t động nhm to ra năng sut ,
chất ợng cũng như giảm thiu tối đa sức người trong sn xut ng
nghip. Cng c li kiến thc lý thuyết đã được hc tp nghiên cu ti
trường.
Với đề tài này em s dụng vi điều khiển PIC16F877A để nhn v
tn s t cm biến, khi cm biến thu nhn s phn x ánh sáng t vt
s tr v các tn s khác nhau tùy thuộc vào cường độ màu sc. T đó
vi điều khin s x đ nhn biết được màu và phân loi màu, hin th
cho người dùng qua LCD, và đưa tín hiu cnh báo khi xy ra li.
Sau thi gian thc hin em đã đáp ứng được các yêu cầu đ ra.
Thc hiện đồ án hoàn thành đúng thời hn, cng c li b sung thêm
đưc nhiu kiến thc.
Chương 1 GIỚI THIU
lOMoARcPSD|36006477
1.1 Tổng quan đ tài
Hin nay vi s phát trin không ngng ca xã hi với điều kin
c th c ta công cuc công nghip hóa hiện đại hóa s dng ngày
càng nhiu thiết b hin đại để điu khin t đng các quá trình sn
xut, gia công , chế biến sn phẩm .Điều này dn ti vic hình thành các
h thng sn xut linh hot, cho phép t động hóa mức độ cao đối
vi sn xut hàng lot vi quy mô ln, nh vừa trên cơ s s dng
các máy CNC, robot công nghiệp. Trong đó một khâu quan trng nh
ởng đến chất lưng sn phm là phân loi sn phm.
Để phân loi sn phm theo màu sc nhiều cách khác nhau như
xnh, s dng cm biến để phân loi màu sc…
Xnh là vic s dụng tăng cường và x lý các nh thu nhn t
các thiết b camera, webcam… do đó đưc ng dng trong nhiu
lĩnh vực:
- Y tế: chụp x_quang, MRI…
- An ninh: nhn diện gương mặt, giám sát chuyn động…
- Giải trí: các trò chơi đin tử…
- Trong công nghip: phân loi sn phm theo chiu cao, theo
màu sc…
Tuy nhiên x nh đòi hỏi năng, trình đ kiến thc sâu rng,
chi phí thc hin ln.
Ngoài xnh ta có th s dng cm biến để phân loi màu sc.
Phương pháp này đơn giản hơn xửnh nhn v s phn x ánh sáng
tr v các tn s khác nhau theo cường độ màu sắc, phương pháp
này chi phí thc hin nh, thích hp vi c h thng ch ng dng
để phân loi màu sc.
T nhng nhu cu sn xut thc tế và để phù hp với trình độ
kĩ năng em xin đưc thc hiện đề tài Thiết kế thi công b đếm và phân
loi sn phm theo màu sc.
1.2 Mục tiêu đề tài
lOMoARcPSD|36006477
1.2.1 Ý nghĩa đề tài
Hin nay trong nhiu nmáy doanh nghip sn xuất như đóng
nhãn sn phm, kim tra nguyên liu đầu vào, sn phm đầu ra vn còn
áp dng công ngh sn xut lc hậu, chưa theo kịp vi xu thế phát trin
và đáp ứng được nhu cu sn xuất trong nưc và trên th trường quc
tế. Chính thế em xin thc hiện đề tài vi mong muốn đưa ra giải pháp
nhm ci thin quá trình sn xut sao cho giảm được chi phí nhân công
, tăng năng suất mà vẫn đm bảo đưc chất lượng sn phm, gim giá
thành sn phẩm đ có th cnh tranh trên th trường.
1.2.2 Phương pháp thc hin
Để tài s dng mt cm biến màu sc thu v ánh sáng phn x t
vt thể, tùy vào ờng độ màu sắc đưa ra các tn s xung khác
nhau. B điu khin trung tâm s nhn v tn s xung y x để
nhn biết màu sắc, sau đó phân loại, đếm và hin th cho ngưi dùng.
Phương pháp này đòi hỏi kiến thức, kĩ năng vừa phi.
Chi phí để thc hiện phương pháp này không quá cao, thi gian
nghiên cu và thc hin nhanh.
vy vi kiến thức đã học để phù hp vi yêu cầu đề ra em
la chọn phương pháp này đ thc hiện đề tài. 1.3 Cu trúc ca quyn
Quyển đồ án này gm:
CHƯƠNG 1: GIỚI THIU
Trong chương này gii thiu v đề tài
Tng quan v đề tài
Mc tiêu của đề tài
Cu trúc ca quyn
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYT
Trình bày v b điu khin, các thiết b các phn mm s dng
B điu khin PLC S7-1200
lOMoARcPSD|36006477
Gii thiu phn mm TIA Portal
Gii thiu phn mm thiết kế giao din WINCC
CHƯƠNG 3: THIẾT K SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY VÀ TÍNH CHN
THIT B
Trình bày v sơ đồ lắp đặt, sơ đồ đấu dây và tính chn thiết b
Các thiết b trong h thng
Sơ đồ khi h thng
Sơ đồ lắp đặt thiết b
Sơ đồ đấu dây động lực và điều khin
Tính chn các thiết b
CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIN
Chương này gồm các phn sau:
Quy trình hoạt động
Giản đồ Grafcet
Chương trình điều khin
CHƯƠNG 5: THIẾT K GIAO DIN GIÁM SÁT VÀ KT NI
GIAO DIN VI PLC
Thiết kế giao din
Giao diện điều khin và giám sát h thng
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIN
Chương này trình bày một s kết lun sau khi thc hiện đề tài y
và đưa ra hướng phát triển cho đ tài.
Chương 2 Lý Thuyết Cơ Bản
2.1 Tng quan v vi điều khin PIC16F877A
lOMoARcPSD|36006477
2.1.1 Gii thiu
Đây họ vi điều khin thuc h PIC16Fxxx do ng Microchip sn
xut vi tp lnh gm 35 lệnh có độ dài 14bit. Mi lệnh đều được thc
thi trong mt chu k xung clock. Tốc đ hoạt động tối đa cho phép
20Mhz vi mt chu lnh 200ns. B nh chương trình 8k x 14bit, bộ
nh d liu 368x8 byte ram và b nh d liu EEPROM với dung lượng
256x8 byte. S PORT I/O là 5 vi 33 pin I/O.
Vi điều khin này có các b timer, có các chun giao tiếp như:
giao tiếp ni tiếp SSP, SPI, I2C, chun giao tiếp ni tiếp UART…, b
ADC 10 bit, xuất xung PWM…
Hình 2-1: Sơ đồ chân
2.1.2 Chức năng các port
Port A: gồm 6 chân I/O. Đây các chân 2 chiu, va th xut
va th nhp. Chức năng I/O này được điều khin bi thanh ghi
TRISA(địa ch 85h). Port A n ngõ ra b ADC, b so sánh, ngõ vào
xung clock ca timer0.
lOMoARcPSD|36006477
Port B: gm 8 chân I/O. Thanh ghi điều khin xut nhập tương ng
TRISB(địa ch 86h). Bên cạnh đó 2 chân của port B còn được dùng cho
quá trình nạp chương trình. Port B còn liên quan đến ngt ngoi vi
b timer0.
Port C: gm 8 chân I/O. Thanh ghi điu khin xut nhập tương ng
TRISC(đa ch 87h). Port C còn cha các chân chức ng của b so
sánh, b timer1, b PWM, đếm s kin ca timer1 các chun giao
tiếp.
Port D: gồm 8 chân I/O, thanh ghi điu khin xut nhp
TRISD(địa ch 88h). Port D còn là cng xut d liu ca chun giao tiếp
PSP.
Port E: gồm 3 chân I/O. Thanh ghi điều khin xut nhp
TRISE(địa ch 89h). Các chân port E ngõ vào analog, ngoài ra còn
các chân điều khin ca chun giao tiếp PSP.
2.2 Module cm biến màu sc TCS3200
Hình 2-2: module cm biến màu sc TCS3200
Cm biến màu TCS3200 mt loi cm biến màu RGB cu to bao
gm các photodiode silicon kết hp vi các tm lc Red, Green,
Blue đồng thi chuyển đổi cường độ ca các ánh sáng này sang tn s
tương ng (tn s xung ra t l thun với cường độ ca ánh sáng ) tt
c đưc tích hp trên một chip đơn.
lOMoARcPSD|36006477
Hình 2-3: Sơ đồ khi chức năng
Khối đầu tiên là mng ma trn 8x8 gm các photodiode.Bao gm
16 photodiode có th lc màu sắc xanh dương (Blue),16 photodiode có
th lọc màu đỏ (Red),16 photodiode th lc màu xanh lá(Green) và
16 photodiode trng không lc (Clear).Tt c photodiode cùng màu
đưc kết ni song song với nhau ,và được đặt xen k nhau nhm mc
đích chống nhiu.
Bn cht ca 4 loại photodiode trên như các bộ lc ánh sáng
mu sắc khác nhau .Có nghĩa chỉ tiếp nhn các ánh sáng cùng màu
vi loại photodiode tương ng không tiếp nhn c ánh sáng màu
sc khác.
Hình 2-4: Sơ đồ khi chức năng của cm biến TCS230
Vic la chn 4 loại photodiode này thông qua 2 chân đu vào
S2,S3 :
lOMoARcPSD|36006477
Hình 2-5: La chn photodiode
Khi th 2 b chuyển đổi dòng điện t đầu ra khi th nht
thành tn s :
Hình 2-6: La chn b chuyển đổi tn s
Tn s đầu ra ca linh kiện điện t TCS3200 trong khong
2HZ~500KHZ. Tn s đu ra có dng xung vuông vi tn s khác nhau
khi mà màu sắc khác nhau và cường độ sáng là khác nhau.
Ta th la chn t l tn s đầu ra các mức khác nhau như
bng trên cho phù hp vi phn cứng đo tần s .
Ví d : Tn s khi S0 = H,S1=H - Fout = 500Khz thì:
S0=H,S1=L -Fout=100Khz
S0=L,S1=H -Fout=10Khz
S0=L,S1=L -Fout=0
lOMoARcPSD|36006477
Nguyên lý hoạt động ca TCS 3200:
- Ánh sáng trng hn hp rt nhiều ánh ng bước sóng
màu sc khác nhau.
- Khi ta chiếu ánh sáng trng vào mt vt th bt kì. Ti b mt
vt th s xy ra hiện tượng hp th và phn x ánh sáng .
d : Mt vt th màu sắc đỏ khi được chiếu ánh sáng
trng thì nhng ánh sáng không nm trong dải bước sóng màu đỏ s b
vt th hp thụ. Còn ánh sáng bước sóng nm trong dải màu đỏ s
b phn x ngược tr li .Và khiến mt ta nhn biết vt th đó màu
đỏ. Màu sc bất đưc tng hp t 3 mu cơ bản Blue, Green, Red
Chức năng các chân:
- Vcc: điện áp cp 2,2-5,5 Vol.
- GND: chân ni mass.
- S0, S1: dùng để la chn t l tn s.
- S2, S3: dùng để la chn kiu photodiode.
- Out: đầu ra tín hiu tn s. - Led: cp ngun cho led.
2.3 Sơ lược LCD 1602
Hình 2-7: LCD 1602
Ngày nay, thiết b hin th LCD (Liquid Crystal Display) đưc s
dng trong rt nhiu LCD có rt nhiều ưu điểm so vi các dng hin th
khác: kh năng hiển th t đa dạng, d dàng đưa vào mch ng
dng nhiu giao thc giao tiếp khác nhau và có giá thành r.
lOMoARcPSD|36006477
Bng 2-1: Chức năng các chân của LCD 1602
lOMoARcPSD|36006477
2.4 Mt s linh kin khác
2.4.1 IC n áp 7805
Hình 2-8: IC7805
LM7805 hay 7805 là IC điều chỉnh điện áp dương đầu ra 5V. Nó là
IC ca dòng ổn áp dương LM78xx, được sn xut trong gói TO-220
các gói khác. IC này được s dng rng i trong các thiết b thương
mi và giáo dc do giá r, d s dng và không cn nhiu linh kin bên
ngoài. IC nhiều tính ng tích hợp ởng để s dng trong nhiu
ng dụng điện t như dòng điện đầu ra 1.5A, chức năng bảo v quá ti,
bo v quá nhiệt, dòng điện tĩnh thấp… Thông số kĩ thuật:
- Đin áp ngõ vào: 7-18VDC
- Đin áp ngõ ra: 5VDC
- Dòng điện ngõ ra: 1A
- Nhiệt độ hoạt động: 0-125
- Công sut max: 5W
2.4.2 Opto quang cách ly
Hình 2-9: opto pc817
PC817 một opto đưc s dng rt ph biến, cha mt LED
hng ngoi và mt transistor quang trong một gói. Opto hay còn đưc
lOMoARcPSD|36006477
gi cách ly quang nhng linh kin dng IC t 4 chân đến nhiu
chân, ch yếu được s dụng đ cách ly hai mch vi nhau.
Hoạt động ca nó rất đơn giản, khi một điện áp được đặt vào LED
hng ngoại được ni trên chân 1 2, LED s đưc kích hot ánh
sáng được nhn bi transistor quang bên trong làm cho trng thái
bão a t đó nối chân 3 4 vi nhau. PC817 một opto đưc s
dng rng rãi hoạt động trong mạch điện t ch vi nhim v ch
ly.
Thông s kĩ thuật:
- Loi transistor: NPN
- Dòng cc góp tối đa (IC): 50mA
- Đin áp cc góp - cc phát tối đa (VCEO): 80V - Đin áp
bão hòa cc góp - cực phát: 0,1 đến 0,2
- Công sut tiêu tán cc góp tối đa (Pc): 200 mW
2.4.3 Relay
Relay (rle) là 1 công tắc đóng cắt thiết b dng ON/OFF. Cp tiếp
đim bên trong s thay đổi trng thái khi cuộn dây relay được cấp điện
và tr v trạng thái ban đầu khi cun dây mất điện.
Hình 2-10: Relay 5VDC Relay
có 2 tiếp điểm:
- NC (Normally Closed): chân thường đóng, nghĩa khi rơle ở
trng thái OFF, chân COM s ni vi chân này.
lOMoARcPSD|36006477
- NO (Normally Open): chân thưng mở, khi rơle trng thái
ON (có ng chy qua cun dây) thì chân COM s đưc ni vi
chân này
2.5 Các phn mm s dng
2.5.1 CCS C Compiler
CCS trình biên dch lập trình ngơn ng C cho Vi điều khin PIC
ca hãng Microchip. Giống như nhiều trình biên dich C khác cho PIC,
CCS giúp cho người s dng nm bắt nhanh được vi điều khin PIC và
s dng PIC trong các d án.
Đim ni bt ca b công c này trình biên dch tối ưu code
thông minh. B thư viện hàm đa dạng, cho phép phát trin nhanh ng
dng mà không cn hiu nhiu v PIC.
2.5.2 Altium designer
Altium Designer trưc kia tên gi quen thuc Protel DXP,
mt trong nhng công c v mạch điện t mnh nht hiện nay. Được
phát trin bi hãng Altium Limited. Altium designer mt phn mm
chuyên nghành đưc s dng trong thiết kế mạch điện t.
Altium Designer có mt s đặc trưng sau:
- Giao din thiết kế, qun chnh sa thân thin, d dàng
biên dch, qun file, qun phiên bn cho các tài liu
thiết kế.
- H tr mnh m cho vic thiết kế t động, đi dây tự động
theo thut toán tối ưu, phân tích lắp ráp linh kin. H tr
vic tìm các gii pháp thiết kế hoc chnh sa mch, linh
kin, netlist có sn t trước theo các tham s mi.
- M, xem in các file thiết kế mch d dàng với đầy đủ c
thông tin linh kin, netlist, d liu bn vẽ, kích thước, s
ợng…
- H thống các thư viện linh kin phong phú, chi tiết và hoàn
chnh bao gm tt c các linh kin nhúng, số, tương tự…
lOMoARcPSD|36006477
- Đặt sửa đối tượng trên các lớp khí, định nghĩa các
lut thiết kế, tùy chnh các lp mch in, chuyn t
schematic sang PCB, đt v trí linh kin trên PCB.
- phng mạch PCB 3D, đem lại hình nh mạch điện trung
thc trong không gian 3 chiu, h tr MCADECAD, liên kết
trc tiếp vi hình STEP, kim tra khoảng cách cách điện,
cu nh cho c 2D 3D - H tr thiết kế PCB sang FPGA
và ngược li.
2.6 Chức năng đếm s kin ca timer1
Ngoài chức năng định thi, timer1 còn kh năng đếm s
kiện(counter) là các xung tác động cnh lên bên ngoài thông qua chân
RC0.
Hình 2-11: Thanh ghi T1CON ca timer1
Mun s dng đưc chức năng counter của timer1 phải cài đt
các bit trong thanh ghi T1CON đa ch 10h.
Bit T1CKPS1: T1CKPS0(timer1 input clcok prescaler select): bit la
chn t s b chia tn cho timer1:
- 11 t s chia tn s ca prescaler 1:8
lOMoARcPSD|36006477
- 10 t s chia tn s ca prescaler 1:4
- 01 t s chia tn s ca prescaler 1:2
- 00 t s chia tn s ca prescaler 1:1
Bit T1OSCEN (timer1 oscillator enable control):
- T1OSCEN = 1 cho phép timer1 hoạt động vi xung do
oscillator cung cp.
- T1OSCEN = 0 không cho phép timer1 hoạt đng vi xung
do oscillator cung cp.
Bit T1SYNC (timer1 internal clock input synchoronization control):
bit la chọn đồng b hay không đồng b xung clock bên ngoài đưa vào
timer1:
- Khi TMR1CS =1:
T1SYNC = 1 không đng b xung clock ngoại vi đưa
vào timer1.
T1SYNC = 0 đồng b xung clock ngoại vi đưa vào
timer1.
- Khi TMR1CS = 0:
Bit T1SYNC không được quan tâm do timer1 s dng
xung clock bên trong.
Bit TMR1CS (timer1 clcok source select): bit la
chn ngun xung cho timer1 (chức năng định thi
hay đếm s kin).
TMR1CS = 1 chọn xung đếm xung ngoi vi ly t
chân RC0/T1OSC/T1CKI chức năng đếm s kin
(cạnh tác động là cnh lên).
TMR1CS = 0 chọn xung đếm là xung bên trong
(FOSC/4) - chức năng định thi.
- Bit TMR1ON (timer1 on): bit cho phép hay không cho phép
timer1 hoạt động:
TMR1ON = 1 cho phép timer1 hoạt động.
TMR1ON = 0 không cho phép timer1 hoạt động.
lOMoARcPSD|36006477
Như vậy đ có th có s dng chức năng đếm s kin ca timer1
thì thanh ghi T1CON (đa ch 10h) s được cài như sau:
T1CON=0b00000011.
Chương 3 Thiết Kế Sơ Đồ Khối Và Sơ Đồ Nguyên Lý
3.1 Sơ đồ khi h thng
Đề tài thiết kế thi công b đếm phân loi sn phm theo màu
sắc có sơ đồ khi:
Hình 3-12: Sơ đồ khi h thng
Chức năng của tng khi:
- Khi ngun: biến đổi điện áp đầu vào là 220VAC thành 12VAC
sau đó đưa o mạch chỉnh lưu để được điện áp 12VDC.
Đin áp 12VDC này được đưa qua mạch lọc để lc phng
qua ic n áp để tạo ra điện áp 5VDC không đổi. Điện áp 5VDC
cung cấp cho vi điều khin PIC16f877a, màn hình hin th LCD,
cm biến màu sắc TCS3200, còi và động cơ hoạt động.
lOMoARcPSD|36006477
- Khi cm biến: khi cm biến TCS3200 hoạt động s phát ra ánh
sáng trng chiếu vào vt, vt s hp th phn x ánh sáng,
các photodiode trên cm biến s ch tiếp nhn c ánh sáng
phn x cùng màu với nó, sau đó trả v tn s dng
xung vuông tương ng. Bng việc điều khiển thay đi các b
lc(màu photodiode) trên cm biến ta s 3 ch s R G B,
t đó phân biệt đưc màu sc ca vt.
- Khi x trung m PIC16F877A: đc tn s xung tr v ca
cm biến qua chế độ counter ca timer 1 trong mt khong
thi gian nhất định được định thi timer 0. Xut tín hiệu điều
khiển hai chân s2 s3 để thay đổi b lc màu ca biến. Sau
đó tính toán để được 3 ch s R G B và quyết định màu sc
ca vật và đếm s ợng, sau đó xuất tín hiệu để LCD hin th
s ng theo màu sắc. Ngoài ra vi điều khin PIC16F877A còn
xut tín hiệu điu khin còi báo hiu, khi công suất qua đó
điu khiến động cơ và nhận tín hiu t khi nút nhấn để reset
li s ng sn phm.
- Khi hin th LCD: nhn d liu tín hiu t vi điều khiển để
hin th thông tin (s ng hoc cnh báo lỗi) cho người dùng
- Khi công sut: nhn tín hiệu điều khin (chy, dng) t vi điều
khiển qua đó cho động cơ hoạt động hay ngừng động cơ.
- Khi nút nhấn: đưa tín hiu khi x trung tâm PIC16F877A
để người dùng reset li s ng sn phm.
- Khi cnh báo: nhn tín hiu t vi điều khin PIC16F877A
phát âm thanh báo hiệu cho ngưi dùng.
3.2 Sơ đồ nguyên lý h thng
lOMoARcPSD|36006477
Hình 3-13: Sơ đồ nguyên lý h thng
3.2.1 Khi ngun
Hình 3-14: Khi ngun
Khi nguồn được cung cấp điện áp 12VAC sau máy biến áp. Sau
khi nn lọc được thì cho ra được điện áp mt chiu 5VDC.
Đin áp cun th cp máy biến áp:
Uhd=12V => Umax=*Uhd = * 12 = 16.97 V Điện áp
sau cu diode có giá là:
U == 0.9*16.97=15.273 V
lOMoARcPSD|36006477
Vy phi chn t có mức điện áp chịu đựng là 25 V
Để chn biến áp ngun, cu diode, IC ổn áp căn cứ vào dòng tiêu
th ca linh kin trong mch hay dòng tiêu th ca toàn thng.
Dòng tiêu th ca các linh kin chính trong mạch được tính gn
đúng như sau:
- Vi điều khin PIC 16F877A tiêu th dòng khong 20mA
- Còi tiêu th dòng khong 25mA
- Động cơ tiêu thụ dòng 500mA
- LCD tiêu th dòng khong 1uA
- Module TCS3200 tiêu th dòng khong 100mA
Sau khi cng tt c các dòng têu th ca các linh kin trong mch
ta có dòng tng là: 645mA.
Căn cứ vào tính toán trên ta th chn các giá tr linh kin
như sau:
+ T 470uF 50v và t gm 104
+ Biến áp ngun cung cp loi 2A 220V/ 15V
+ IC n áp 7805 , có IOUT = 1A
+ Cu diode B
1
có dòng 1A
lOMoARcPSD|36006477
3.2.2 Khi x lý trung tâm
Hình 3-15: Khi x lý trung tâm
Khi này s dụng Vi điều khiển Pic16F877A để nhn tín hiu t
các khi chức năng, sau đó xử lý và xut tín hiu điều khin theo yêu
cu.
Trong khi này b dao động thch, c nút nhn các chân
kết nối để nạp chương trình cho vi điu khin.
3.2.3 Khi cm biến
Hình 3-16: Khi cm biến
Trong khối này có 1 header 6 chân đ kết ni t vi điu khin ti
module cm biến màu sc TCS3200.
lOMoARcPSD|36006477
3.2.4 Khi hin th
Hình 3-17: Khi hin th
Khi này s dng một màn hình LCD 1602 đưc kết ni tới vi điu
khin Pic16F877A và nhn tín hiệu điu khin 4 bit.
Màn hình này hin th các thông s ca h thống, để người dùng
quan sát d dàng.
3.2.5 Khi cnh báo
Hình 3-18: Khi cnh báo
Còi cnh o buzzer nhn tín hiệu điều khin t chân RD4 ca vi
điu khin và phát tiếng kêu cảnh báo người dùng.
S dụng 1 đin tr 1kΩ đ hn dòng đi vào cực cng B ca
transistor c1815 (IB max=50mA).
lOMoARcPSD|36006477
3.2.6 Khi công sut
Hình 3-19: Khi công sut
S dụng opto PC817 đ cách ly tín hiu t chân RD7 của vi điều
khin và ch ly tín hiệu điều khiển đó với cơ cấu chp hành, có gn tr
330ohm để hn dòng cho led opto.
S dng transistor C1815 tr 1k đ hn dòng cho cc B
transistor C1815(IB max=50mA) nhn tín hiu t opto kích dn ngun
cho relay đảo trng thái hoạt động.
3.3 Mch in hoàn chnh
Hình 3-20: Mch in 2D
lOMoARcPSD|36006477
Hình 3-21: Mch in 3D
lOMoARcPSD|36006477
Chương 4 Chương Trình Điu Khin
4.1 Lưu đồ thut gii
4.1.1 Lưu đồ chương trình chính
Hình 4-22: Lưu đồ thuật chương trình chính
lOMoARcPSD|36006477
Hình 4-23 Lưu đồ thuật chương trình chính
Vi điều khin s ly v tn số, đã đưc gán vào các biến tr v t
chương trình con lc màu, tn s s thay đi ng vi nhng màu sc
khác nhau tùy thuộc vào cường độ u sc. T đó tính toán ra phn
trăm tỷ l R, B, G nhn biết ra màu sắc. Sau đó đếm s ng sn
phm theo các màu sc hin th cho người dùng qua LCD, xut tín
hiu cnh báo qua còi buzzer.
lOMoARcPSD|36006477
4.1.2 Lưu đồ chương trình con lọc màu
Hình 4-24: Lưu đồ chương trình con lọc màu
Khi chương trình con này được gi s thc hin lần lượt thay đổi
mc logic hai chân S2, S3 ca module cm biến màu sắc làm thay đi
lần lượt các photodiode (b lc màu) ca cm biến, để cm biến nhn
vào s phn x ánh sáng t vt th xut ra tn s xung tương ng
gán vào các biến. Các biến này s đưc x lý, tính toán để t đó nhận
biết được màu sc.
lOMoARcPSD|36006477
4.1.3 Lưu đồ chương trình xử lý ngt
Hình 4-25: Lưu đồ chương trình xử lý ngt
Mi lần timer0 tràn thì chương trình ngt s đưc thc hin
khi ngt xảy ra đủ 25 lần 10ms) thì s ly v giá tr s xung đếm
được qua chân RC0 được tr v t chân OUT ca module cm biến màu
sắc. Sau đó cài lại cho giá tr của timer1=0 đ thc hin ln tiếp theo.
Thời gian tăng 1 xung=(4/fosc)*pres=(4/20000000)*16=3,2us
S xung cần đếm để có 20ms = 20000/3,2=6250
Mi lần timer đếm hết 250 giá tr thì timer tràn s ln ngt cn
là 25 ln.
lOMoARcPSD|36006477
Chương 5 Kết Lun Và Hướng Phát Trin
5.1 Kết lun
5.1.1 Kết qu đạt đưc
Thiết kế hoàn thin hình h thống đếm phân loi sn
phm theo màu.
Hoàn thin các phn cng cho h thng hoạt động theo yêu cu:
Thiết kế đưc mch nguồn điều khin h thng
Thiết kế đưc mạch điều khin trung tâm s dụng vi điu khin
PIC 16F877A và mch hin th.
Lp p mạch đúng theo yêu cầu đảm bo tính k thut tính
thm m.
5.1.2 Kết qu chưa đạt được
Trong quá trình thiết kế thi công vic nhn biết màu sc còn
hn chế, s ng màu nhn biết được chưa nhiều vì nhiu màu xy ra
do cường độ ánh sáng mà cm biến màu thu lại chưa ổn định.
Chưa có nhiều kinh nghim v mch nên mạch in chưa được đẹp.
5.2 Hướng phát trin
Vi vic nghiên cu và chế tạo mô hình “b đếm và phân loi sn
phm theo màuvới các tính năng thông minh linh hot ý nghĩa
ln trong thc tin. Vic ng dng h thng vào quá trình sn xut
rt nhiu lợi ích như:
- Tăng năng xuất lao đng và chất lượng sn phm trong sn
xut.
- Giúp gim giá thành sn phẩm để th cnh tranh trên
th trường .
Với đề tài này, có th m ra mt s ng phát trin mi cho h
thống. Em có đưa ra một s ng phát triển cho đề tài này như sau:
- Giao tiếp vi máy tính theo chun RS 232.
lOMoARcPSD|36006477
- Đối vi sn xut thông minh có th áp dng công ngh
camera giám sát phân tích màu trong các nhà y
sn xuất sơn, gạch men, các công ty dược phm…
- Trong khoa hc th áp dng công ngh nhn biết
màu sắc để giám sát s sinh trưởng và phát trin thc
vt . Vic nghiên cu áp dụng này ý nghĩa thực
tin rt lớn trong đời sng.
lOMoARcPSD|36006477
Tài Liu Tham Kho
[1] T.S Đặng Đắc Chi, Th.S Cao Hoàng Vũ, “Giáo trình Vi Điu
Khiển”, trường CĐKT Cao Thắng, 2020
[2] http://www.beelab.info/2017/05/vi-ieu-khien-pic-bai-
5timercounter-cua.html
[3] https://mlab.vn/index.php?_route_=21025-huong-dan-
sudung-moudule-cam-bien-mau-sac-tcs3200.html
lOMoARcPSD|36006477
Bng tính vật tư
Ph lc
Chương trình điều khin
#include <16F877A.h>
#include <string.h>
#FUSES NOWDT, HS
#use delay(clock=2M)
#byte T1CON = 0x10
lOMoARcPSD|36006477
#bit tmr2if=0x0c.1
#define S0 PIN_d2 #define
S1 PIN_d3
#define canhbao PIN_d4
#define S2 PIN_d5
#define S3 PIN_d6 #define dc PIN_d7 float
tanso=0,F_R=0,F_B=0,F_G=0; int16 R=0,B=0,G=0, dem2=0;
int chopheptinh=0, spd=0, spv=0, spx=0, sploi=0, loaimau=0;
int dem0=0, menu=1; int1 cospd=0, cospv=0, cospx=0,
cospl=0; char str[3];
#define LCD_ENABLE_PIN PIN_a2
#define LCD_RS_PIN PIN_a0
#define LCD_RW_PIN PIN_a1
#define LCD_DATA4 PIN_a3
#define LCD_DATA5 PIN_a4
#define LCD_DATA6 PIN_a5 #define
LCD_DATA7 PIN_e0
#include<lcd.c>
////////////////////////////////////////
//////////////// void mau() {
switch(menu)
{ case
1://red
{
lOMoARcPSD|36006477
output_low(S2);
output_low(S3);
F_R=tanso;
menu=2;
output_low(S2);
output_high(S3);
break;
} case
2://blue
{
output_low(S2);
output_high(S3);
F_B=tanso;
menu=3;
output_high(S2);
output_high(S3);
break;
} case
3://green
{
output_high(S2);
output_high(S3);
F_G=tanso;
menu=4;
output_high(S2);
lOMoARcPSD|36006477
output_low(S3);
break;
} case
4:
{
output_high(S2);
output_low(S3);
chopheptinh=1;
menu=1;
output_low(S2);
output_low(S3);
break;
}
}
}
#INT_RTCC
void ngat() { dem0++; if(dem0==25)//20ms {
tanso=get_timer1(); set_timer1(0); }
set_timer0(5); } void main() {
set_tris_a(0x00); set_tris_b(0xff);
set_tris_c(0xff); set_tris_d(0x00);
output_a(0x00); output_d(0x00);
setup_timer_0(rtcc_internal|RTCC_DIV_16);
setup_timer_1(t1_external|t1_div_by_1);
setup_timer_2(t2_div_by_16,5,1);
lOMoARcPSD|36006477
T1CON=0b0000001;
set_timer0(5); set_timer1(0);
lcd_init(); output_low(S0);
output_high(S1);
enable_interrupts(INT_RTCC);
enable_interrupts(GLOBAL);
while(true) { output_high(dc);
if(chopheptinh==1)
{
R=((F_R)/(F_R + F_B + F_G))*100.0; B=((F_B)/(F_R +
F_B + F_G))*100.0; G=((F_G)/(F_R + F_B +
F_G))*100.0;
if((R>=58)&&(R<=61)&&(B>=21)&&(B<=24)&&(G>=15)&&(
G<=18))loaimau=1;//do
else
if((R>=46)&&(R<=48)&&(B>=20)&&(B<=21)&&(G>=30)&&(G<=
31))loaimau=2;//vang
else
if((R>=21)&&(R<=26)&&(B>=29)&&(B<=34)&&(G>=40)&&(G<=
45))loaimau=3;//xanh la
else
if((R>=28)&&(R<=31)&&(B>=38)&&(B<=41)&&(G>=28)&&(G<=
31))loaimau=4;//khong co sp
else
if((R>=51)&&(R<=52)&&(B>=30)&&(B<=31)&&(G>=16)&&(G<=
lOMoARcPSD|36006477
17))loaimau=5;// sp loi 1
else
if((R>=8)&&(R<=13)&&(B>=59)&&(B<=64)&&(G>=25)&&(G<=3
0))loaimau=6;//sp loi 2
//!else loaimau=5;
chopheptinh=0;
} if(loaimau==1) { cospd=1; loaimau=0;}
if(loaimau==2) { cospv=1; loaimau=0;}
if(loaimau==3) { cospx=1; loaimau=0;}
if(loaimau==5||loaimau==6) { cospl=1; loaimau=0;}
if(cospd==1&&loaimau==4)
{
cospd=0;
spd++;
}
if(cospv==1&&loaimau==4)
{
cospv=0;
spv++;
}
if(cospx==1&&loaimau==4)
{
cospx=0;
spx++;
}
lOMoARcPSD|36006477
if(cospl==1&&loaimau==4)
{ cospl=0; sploi++;
output_high(canhbao);
delay_ms(100);
output_low(canhbao);
}
lcd_gotoxy(1,1);
printf(lcd_putc,"md:%u",spd);
lcd_gotoxy(6,1);
printf(lcd_putc,"mv:%u",spv);
lcd_gotoxy(11,1);
printf(lcd_putc,"mx:%u",spx);
lcd_gotoxy(2,2); printf(lcd_putc," sp
loi:%u ",sploi);
while(spd>5)
{ output_low(dc);
disable_interrupts(INT_RTCC);
lcd_gotoxy(4,2); lcd_putc("sp
do du "); if(tmr2if==1)
{ tmr2if=0; dem2++;
if(dem2==1) output_high(canhbao);
if(dem2==250) output_low(canhbao);
if(dem2==375) output_high(canhbao);
lOMoARcPSD|36006477
if(dem2==625) output_low(canhbao);
if(dem2==1250) dem2=0;
}
if(input(pin_b0)==0)
{
while(input(pin_b0)==0)
{
lcd_gotoxy(4,2);
lcd_putc("sp do du ");
}
output_high(dc);
output_low(canhbao); spd=0;
enable_interrupts(INT_RTCC);
}
}
while(spv>4)
{ output_low(dc);
disable_interrupts(INT_RTCC);
lcd_gotoxy(3,2); lcd_putc("sp
vang du "); if(tmr2if==1)
{ tmr2if=0; dem2++;
if(dem2==1) output_high(canhbao);
if(dem2==250) output_low(canhbao);
if(dem2==375) output_high(canhbao);
lOMoARcPSD|36006477
if(dem2==625) output_low(canhbao);
if(dem2==1250) dem2=0;
}
if(input(pin_b0)==0)
{
while(input(pin_b0)==0)
{
lcd_gotoxy(3,2);
lcd_putc("sp vang du ");
}
output_high(dc);
output_low(canhbao);
spv=0;
enable_interrupts(INT_RTCC);
}
}
while(spx>3)
{ output_low(dc);
disable_interrupts(INT_RTCC);
lcd_gotoxy(3,2); lcd_putc("sp
xanh du "); if(tmr2if==1)
{ tmr2if=0; dem2++;
if(dem2==1) output_high(canhbao);
if(dem2==250) output_low(canhbao);
if(dem2==375) output_high(canhbao);
lOMoARcPSD|36006477
if(dem2==625) output_low(canhbao);
if(dem2==1250) dem2=0;
}
if(input(pin_b0)==0)
{
while(input(pin_b0)==0)
{
lcd_gotoxy(3,2);
lcd_putc("sp xanh du "); }
output_high(dc);
output_low(canhbao); spx=0;
enable_interrupts(INT_RTCC);
}
}
//!///////////// hien R G B de xac dinh mau
//!sprintf(str,"%lu",R);
//!if(R<100)str[2]=' ';
//!if(R<10){str[2]=' ';str[1]=' ';}
//!lcd_gotoxy(1,1);
//!lcd_putc("R=");
//!lcd_gotoxy(3,1);
//!lcd_putc(str[0]);
//!lcd_gotoxy(4,1);
//!lcd_putc(str[1]);
//!lcd_gotoxy(5,1);
lOMoARcPSD|36006477
//!lcd_putc(str[2]);
//!sprintf(str,"%lu",B);
//!if(B<100)str[2]=' ';
//!if(B<10){str[2]=' ';str[1]=' ';}
//!lcd_gotoxy(6,1);
//!lcd_putc("B=");
//!lcd_gotoxy(8,1);
//!lcd_putc(str[0]);
//!lcd_gotoxy(9,1);
//!lcd_putc(str[1]);
//!lcd_gotoxy(10,1);
//!lcd_putc(str[2]);
//!sprintf(str,"%lu",G);
//!if(G<100)str[2]=' ';
//!if(G<10){str[2]=' ';str[1]=' ';}
//!lcd_gotoxy(11,1);
//!lcd_putc("G=");
//!lcd_gotoxy(13,1);
//!lcd_putc(str[0]);
//!lcd_gotoxy(14,1);
//!lcd_putc(str[1]);
//!lcd_gotoxy(15,1);
//!lcd_putc(str[2]);
}
}
| 1/52

Preview text:

lOMoARcPSD| 36006477
Thiết Kế Thi Công Bộ Đếm Và Phân Loại Sản Phẩm Người thực hiện Trần Mạnh Hùng MSSV: 03091911**
Bộ Môn Tự Động Hóa
Khoa Điện-Điện Tử Tháng 11 năm 2021 lOMoARcPSD| 36006477
Thiết Kế Thi Công Bộ Đếm Và Phân Loại Sản Phẩm
Giáo viên hướng dẫn: Th.s Cù Minh Phước
Người thực hiện
Trần Mạnh Hùng 03091911**
Nhận xét của Giảng viên
........................................................................................................... ....
........................................................................................................... ....
........................................................................................................... ....
........................................................................................................... ....
........................................................................................................... ....
........................................................................................................... .... lOMoARcPSD| 36006477
........................................................................................................... ....
........................................................................................................... ....
........................................................................................................... ....
........................................................................................................... ....
........................................................................................................... ....
........................................................................................................... ....
........................................................................................................... ....
........................................................................................................... ....
........................................................................................................... ....
........................................................................................................... ....
........................................................................................................... ....
........................................................................................................... ....
........................................................................................................... ....
........................................................................................................... ....
........................................................................................................... .... lOMoARcPSD| 36006477
........................................................................................................... ....
........................................................................................................... ....
........................................................................................................... ....
........................................................................................................... .... lOMoARcPSD| 36006477 Lời Cảm Ơn
Em xin gửi lời chúc sức khỏe và lời cảm ơn chân thành đến quý
thầy cô trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng đã tận tình chỉ dạy chúng
em thời gian vừa qua. Em xin cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện – Điện
Tử, bộ môn Tự Động Hóa và đặc biệt là thầy Cù Minh Phước đã tận tình
hướng dẫn em thực hiện tốt đồ án vi điều khiển này và giúp em hiểu
thêm nhiều kiến thức. Đồ án này sẽ không thể hoàn thành nếu không
có sự giúp đỡ của các thầy cô. Do kinh nghiệm và hiểu biết chưa đủ tốt
nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, mong các thầy cô bỏ qua và
đưa ra những lời khuyên, lời chỉ dạy để em có thể rút ra được kinh
nghiệm và hoàn thiện đồ án tốt nghiệp sắp tới. Em xin chân thành cảm ơn. lOMoARcPSD| 36006477 MỤC LỤC
Lời Cảm Ơn...........................................................................................1
MỤC LỤC.............................................................................................2
DANH SÁCH CÁC HÌNH....................................................................4
DANH SÁCH CÁC BẢNG...................................................................4
Các Từ Viết Tắt......................................................................................5
Các Ký Hiệu..........................................................................................5
Chương 1 GIỚI THIỆU.........................................................................7
1.1 Tổng quan đề tài..............................................................................7
1.2 Mục tiêu đề tài.................................................................................8
1.2.1 Ý nghĩa đề tài................................................................................8
1.2.2 Phương pháp thực hiện.................................................................8
1.3 Cấu trúc của quyển..........................................................................8
Chương 2 Lý Thuyết Cơ Bản...............................................................10
2.1 Tổng quan về vi điều khiển PIC16F877A......................................10
2.1.1 Giới thiệu....................................................................................10
2.1.2 Chức năng các port.....................................................................10
2.2 Module cảm biến màu sắc TCS3200..............................................11
2.3 Sơ lược LCD 1602.........................................................................14
2.4 Một số linh kiện khác.....................................................................16
2.4.1 IC ổn áp 7805..............................................................................16
2.4.2 Opto quang cách ly.....................................................................16
2.4.3 Relay...........................................................................................17
2.5 Các phần mềm sử dụng..................................................................18 7 lOMoARcPSD| 36006477
2.5.1 CCS C Compiler.........................................................................18
2.5.2 Altium designer...........................................................................18
2.6 Chức năng đếm sự kiện của timer1................................................19
Chương 3 Thiết Kế Sơ Đồ Khối Và Sơ Đồ Nguyên Lý.......................21
3.1 Sơ đồ khối hệ thống.......................................................................21
3.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống..............................................................23
3.2.1 Khối nguồn.................................................................................23
3.2.2 Khối xử lý trung tâm...................................................................25
3.2.3 Khối cảm biến.............................................................................25
3.2.4 Khối hiển thị...............................................................................26
3.2.5 Khối cảnh báo.............................................................................26
3.2.6 Khối công suất............................................................................27
3.3 Mạch in hoàn chỉnh........................................................................27
Chương 4 Chương Trình Điều Khiển...................................................29
4.1 Lưu đồ thuật giải............................................................................29
4.1.1 Lưu đồ chương trình chính.........................................................29
4.1.2 Lưu đồ chương trình con lọc màu...............................................30
4.1.3 Lưu đồ chương trình xử lý ngắt..................................................32
Chương 5 Kết Luận Và Hướng Phát Triển...........................................33
5.1 Kết luận.........................................................................................33
5.1.1 Kết quả đạt được.........................................................................33
5.1.2 Kết quả chưa đạt được................................................................33
5.2 Hướng phát triển............................................................................33
Tài Liệu Tham Khảo............................................................................35
Bảng tính vật tư...................................................................................36
Phụ lục.................................................................................................37 8 lOMoARcPSD| 36006477 DANH SÁCH CÁC HÌN
Hình 2-1: Sơ đồ chân...........................................................................10
Hình 2-2: module cảm biến màu sắc TCS3200....................................11
Hình 2-3: Sơ đồ khối chức năng..........................................................12
Hình 2-4: Sơ đồ khối chức năng của cảm biến TCS230......................12
Hình 2-5: Lựa chọn photodiode...........................................................13
Hình 2-6: Lựa chọn bộ chuyển đổi tần số............................................13
Hình 2-7: LCD 1602............................................................................14
Hình 2-8: IC7805.................................................................................16
Hình 2-9: opto pc817...........................................................................16
Hình 2-10: Relay 5VDC......................................................................17
Hình 2-11: Thanh ghi T1CON của timer1...........................................19
Hình 3-1: Sơ đồ khối hệ thống.............................................................21
Hình 3-2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống....................................................23
Hình 3-3: Khối nguồn..........................................................................23
Hình 3-4: Khối xử lý trung tâm...........................................................25
Hình 3-5: Khối cảm biến.....................................................................25
Hình 3-6: Khối hiển thị........................................................................26
Hình 3-7: Khối cảnh báo......................................................................26
Hình 3-8: Khối công suất.....................................................................27
Hình 3-9: Mạch in 2D..........................................................................27
Hình 3-10: Mạch in 3D........................................................................28
Hình 4-1: Lưu đồ thuật chương trình chính.........................................29
Hình 4-2 Lưu đồ thuật chương trình chính..........................................30
Hình 4-3: Lưu đồ chương trình con lọc màu........................................31 9 lOMoARcPSD| 36006477
Hình 4-4: Lưu đồ chương trình xử lý ngắt...........................................32
DANH SÁCH CÁC BẢNGY
Bảng 2-1: Chức năng các chân của LCD 1602....................................15
Các Từ Viết Tắt 10 lOMoARcPSD| 36006477 Các Ký Hiệu lOMoARcPSD| 36006477
Thiết Kế Thi Công Bộ Đếm Và Phân Loại Sản Phẩm Trần Mạnh Hùng
Ngành Công Nghệ Điều Khiển và Tự Động Hóa Khoa Điện - Điện tử
Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng Tóm Tắt
Với đề tài Thiết kế thi công bộ đếm và phân loại sản phẩm theo
màu sắc em muốn vận dụng những sản phẩm công nghệ khoa học tiên
tiến áp dụng vào quá trình sản xuất tự động nhằm tạo ra năng suất ,
chất lượng cũng như giảm thiểu tối đa sức người trong sản xuất công
nghiệp. Củng cố lại kiến thức lý thuyết đã được học tập nghiên cứu tại trường.
Với đề tài này em sử dụng vi điều khiển PIC16F877A để nhận về
tần số từ cảm biến, khi cảm biến thu nhận sự phản xạ ánh sáng từ vật
sẽ trả về các tần số khác nhau tùy thuộc vào cường độ màu sắc. Từ đó
vi điều khiển sẽ xử lý để nhận biết được màu và phân loại màu, hiển thị
cho người dùng qua LCD, và đưa tín hiệu cảnh báo khi xảy ra lỗi.
Sau thời gian thực hiện em đã đáp ứng được các yêu cầu đề ra.
Thực hiện đồ án hoàn thành đúng thời hạn, củng cố lại và bổ sung thêm
được nhiều kiến thức.
Chương 1 GIỚI THIỆU lOMoARcPSD| 36006477
1.1 Tổng quan đề tài
Hiện nay với sự phát triển không ngừng của xã hội và với điều kiện
cụ thể ở nước ta công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa sử dụng ngày
càng nhiều thiết bị hiện đại để điều khiển tự động các quá trình sản
xuất, gia công , chế biến sản phẩm .Điều này dẫn tới việc hình thành các
hệ thống sản xuất linh hoạt, cho phép tự động hóa ở mức độ cao đối
với sản xuất hàng loạt với quy mô lớn, nhỏ và vừa trên cơ sở sử dụng
các máy CNC, robot công nghiệp. Trong đó có một khâu quan trọng ảnh
hưởng đến chất lượng sản phẩm là phân loại sản phẩm.
Để phân loại sản phẩm theo màu sắc có nhiều cách khác nhau như
xử lý ảnh, sử dụng cảm biến để phân loại màu sắc…
Xử lý ảnh là việc sử dụng tăng cường và xử lý các ảnh thu nhận từ
các thiết bị camera, webcam… do đó nó được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: -
Y tế: chụp x_quang, MRI… -
An ninh: nhận diện gương mặt, giám sát chuyển động… -
Giải trí: các trò chơi điện tử… -
Trong công nghiệp: phân loại sản phẩm theo chiều cao, theo màu sắc…
Tuy nhiên xử lý ảnh đòi hỏi kĩ năng, trình độ và kiến thức sâu rộng, chi phí thực hiện lớn.
Ngoài xử lý ảnh ta có thể sử dụng cảm biến để phân loại màu sắc.
Phương pháp này đơn giản hơn xử lý ảnh nhận về sự phản xạ ánh sáng
và trả về các tần số khác nhau theo cường độ màu sắc, phương pháp
này có chi phí thực hiện nhỏ, thích hợp với các hệ thống chỉ ứng dụng
để phân loại màu sắc.
Từ những nhu cầu sản xuất thực tế và để phù hợp với trình độ và
kĩ năng em xin được thực hiện đề tài Thiết kế thi công bộ đếm và phân
loại sẩn phẩm theo màu sắc.
1.2 Mục tiêu đề tài lOMoARcPSD| 36006477
1.2.1 Ý nghĩa đề tài
Hiện nay trong nhiều nhà máy và doanh nghiệp sản xuất như đóng
nhãn sản phẩm, kiểm tra nguyên liệu đầu vào, sản phẩm đầu ra vẫn còn
áp dụng công nghệ sản xuất lạc hậu, chưa theo kịp với xu thế phát triển
và đáp ứng được nhu cầu sản xuất trong nước và trên thị trường quốc
tế. Chính vì thế em xin thực hiện đề tài với mong muốn đưa ra giải pháp
nhằm cải thiện quá trình sản xuất sao cho giảm được chi phí nhân công
, tăng năng suất mà vẫn đảm bảo được chất lượng sản phẩm, giảm giá
thành sản phẩm để có thể cạnh tranh trên thị trường.
1.2.2 Phương pháp thực hiện
Để tài sử dụng một cảm biến màu sắc thu về ánh sáng phản xạ từ
vật thể, tùy vào cường độ màu sắc mà đưa ra các tần số xung khác
nhau. Bộ điều khiển trung tâm sẽ nhận về tần số xung này và xử lý để
nhận biết màu sắc, sau đó phân loại, đếm và hiển thị cho người dùng.
Phương pháp này đòi hỏi kiến thức, kĩ năng vừa phải.
Chi phí để thực hiện phương pháp này không quá cao, thời gian
nghiên cứu và thực hiện nhanh.
Vì vậy với kiến thức đã học và để phù hợp với yêu cầu đề ra em
lựa chọn phương pháp này để thực hiện đề tài. 1.3 Cấu trúc của quyển Quyển đồ án này gồm: CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
Trong chương này giới thiệu về đề tài Tổng quan về đề tài Mục tiêu của đề tài Cấu trúc của quyển
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Trình bày về bộ điều khiển, các thiết bị và các phần mềm sử dụng
Bộ điều khiển PLC S7-1200 lOMoARcPSD| 36006477
Giới thiệu phần mềm TIA Portal
Giới thiệu phần mềm thiết kế giao diện WINCC
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY VÀ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ
Trình bày về sơ đồ lắp đặt, sơ đồ đấu dây và tính chọn thiết bị
Các thiết bị trong hệ thống Sơ đồ khối hệ thống
Sơ đồ lắp đặt thiết bị
Sơ đồ đấu dây động lực và điều khiển
Tính chọn các thiết bị
CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
Chương này gồm các phần sau: Quy trình hoạt động Giản đồ Grafcet
Chương trình điều khiển
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT VÀ KẾT NỐI GIAO DIỆN VỚI PLC Thiết kế giao diện
Giao diện điều khiển và giám sát hệ thống
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Chương này trình bày một số kết luận sau khi thực hiện đề tài này
và đưa ra hướng phát triển cho đề tài.
Chương 2 Lý Thuyết Cơ Bản
2.1 Tổng quan về vi điều khiển PIC16F877A lOMoARcPSD| 36006477 2.1.1 Giới thiệu
Đây là họ vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx do hãng Microchip sản
xuất với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14bit. Mỗi lệnh đều được thực
thi trong một chu kỳ xung clock. Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là
20Mhz với một chu kì lệnh là 200ns. Bộ nhớ chương trình 8k x 14bit, bộ
nhớ dữ liệu 368x8 byte ram và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng
256x8 byte. Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O.
Vi điều khiển này có các bộ timer, có các chuẩn giao tiếp như:
giao tiếp nối tiếp SSP, SPI, I2C, chuẩn giao tiếp nối tiếp UART…, có bộ
ADC 10 bit, xuất xung PWM…
Hình 2-1: Sơ đồ chân
2.1.2 Chức năng các port
Port A: gồm 6 chân I/O. Đây là các chân 2 chiều, vừa có thể xuất
vừa có thể nhập. Chức năng I/O này được điều khiển bởi thanh ghi
TRISA(địa chỉ 85h). Port A còn là ngõ ra bộ ADC, bộ so sánh, ngõ vào xung clock của timer0. lOMoARcPSD| 36006477
Port B: gồm 8 chân I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng
là TRISB(địa chỉ 86h). Bên cạnh đó 2 chân của port B còn được dùng cho
quá trình nạp chương trình. Port B còn liên quan đến ngắt ngoại vi và bộ timer0.
Port C: gồm 8 chân I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập tương ứng
là TRISC(địa chỉ 87h). Port C còn chứa các chân chức năng của bộ so
sánh, bộ timer1, bộ PWM, đếm sự kiện của timer1 và các chuẩn giao tiếp.
Port D: gồm 8 chân I/O, thanh ghi điều khiển xuất nhập là
TRISD(địa chỉ 88h). Port D còn là cổng xuất dữ liệu của chuẩn giao tiếp PSP.
Port E: gồm 3 chân I/O. Thanh ghi điều khiển xuất nhập là
TRISE(địa chỉ 89h). Các chân port E là ngõ vào analog, ngoài ra còn là
các chân điều khiển của chuẩn giao tiếp PSP.
2.2 Module cảm biến màu sắc TCS3200
Hình 2-2: module cảm biến màu sắc TCS3200
Cảm biến màu TCS3200 là một loại cảm biến màu RGB cấu tạo bao
gồm các photodiode silicon kết hợp với các tấm lọc Red, Green,
Blue đồng thời chuyển đổi cường độ của các ánh sáng này sang tần số
tương ứng (tần số xung ra tỉ lệ thuận với cường độ của ánh sáng ) tất
cả được tích hợp trên một chip đơn. lOMoARcPSD| 36006477
Hình 2-3: Sơ đồ khối chức năng
Khối đầu tiên là mảng ma trận 8x8 gồm các photodiode.Bao gồm
16 photodiode có thể lọc màu sắc xanh dương (Blue),16 photodiode có
thể lọc màu đỏ (Red),16 photodiode có thể lọc màu xanh lá(Green) và
16 photodiode trắng không lọc (Clear).Tất cả photodiode cùng màu
được kết nối song song với nhau ,và được đặt xen kẽ nhau nhằm mục đích chống nhiễu.
Bản chất của 4 loại photodiode trên như là các bộ lọc ánh sáng có
mầu sắc khác nhau .Có nghĩa nó chỉ tiếp nhận các ánh sáng có cùng màu
với loại photodiode tương ứng và không tiếp nhận các ánh sáng có màu sắc khác.
Hình 2-4: Sơ đồ khối chức năng của cảm biến TCS230
Việc lựa chọn 4 loại photodiode này thông qua 2 chân đầu vào S2,S3 : lOMoARcPSD| 36006477
Hình 2-5: Lựa chọn photodiode
Khối thứ 2 là bộ chuyển đổi dòng điện từ đầu ra khối thứ nhất thành tần số :
Hình 2-6: Lựa chọn bộ chuyển đổi tần số
Tần số đầu ra của linh kiện điện tử TCS3200 trong khoảng
2HZ~500KHZ. Tần số đầu ra có dạng xung vuông với tần số khác nhau
khi mà màu sắc khác nhau và cường độ sáng là khác nhau.
Ta có thể lựa chọn tỉ lệ tần số đầu ra ở các mức khác nhau như
bảng trên cho phù hợp với phần cứng đo tần số .
Ví dụ : Tần số khi S0 = H,S1=H - Fout = 500Khz thì: S0=H,S1=L -Fout=100Khz S0=L,S1=H -Fout=10Khz S0=L,S1=L -Fout=0 lOMoARcPSD| 36006477
Nguyên lý hoạt động của TCS 3200: -
Ánh sáng trắng là hỗn hợp rất nhiều ánh sáng có bước sóng màu sắc khác nhau. -
Khi ta chiếu ánh sáng trắng vào một vật thể bất kì. Tại bề mặt
vật thể sẽ xảy ra hiện tượng hấp thụ và phản xạ ánh sáng .
Ví dụ : Một vật thể có màu sắc đỏ khi được chiếu ánh sáng
trắng thì những ánh sáng không nằm trong dải bước sóng màu đỏ sẽ bị
vật thể hấp thụ. Còn ánh sáng có bước sóng nằm trong dải màu đỏ sẽ
bị phản xạ ngược trở lại .Và khiến mắt ta nhận biết vật thể đó là màu
đỏ. Màu sắc bất kì được tổng hợp từ 3 mầu cơ bản Blue, Green, Red Chức năng các chân: -
Vcc: điện áp cấp 2,2-5,5 Vol. - GND: chân nối mass. -
S0, S1: dùng để lựa chọn tỉ lệ tần số. -
S2, S3: dùng để lựa chọn kiểu photodiode. -
Out: đầu ra tín hiệu tần số. - Led: cấp nguồn cho led.
2.3 Sơ lược LCD 1602 Hình 2-7: LCD 1602
Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD (Liquid Crystal Display) được sử
dụng trong rất nhiều LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị
khác: Nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, dễ dàng đưa vào mạch ứng
dụng nhiều giao thức giao tiếp khác nhau và có giá thành rẻ. lOMoARcPSD| 36006477
Bảng 2-1: Chức năng các chân của LCD 1602 lOMoARcPSD| 36006477
2.4 Một số linh kiện khác 2.4.1 IC ổn áp 7805 Hình 2-8: IC7805
LM7805 hay 7805 là IC điều chỉnh điện áp dương đầu ra 5V. Nó là
IC của dòng ổn áp dương LM78xx, được sản xuất trong gói TO-220 và
các gói khác. IC này được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị thương
mại và giáo dục do giá rẻ, dễ sử dụng và không cần nhiều linh kiện bên
ngoài. IC có nhiều tính năng tích hợp lý tưởng để sử dụng trong nhiều
ứng dụng điện tử như dòng điện đầu ra 1.5A, chức năng bảo vệ quá tải,
bảo vệ quá nhiệt, dòng điện tĩnh thấp… Thông số kĩ thuật: -
Điện áp ngõ vào: 7-18VDC - Điện áp ngõ ra: 5VDC - Dòng điện ngõ ra: 1A -
Nhiệt độ hoạt động: 0-125℃ - Công suất max: 5W
2.4.2 Opto quang cách ly Hình 2-9: opto pc817
PC817 là một opto được sử dụng rất phổ biến, nó chứa một LED
hồng ngoại và một transistor quang trong một gói. Opto hay còn được lOMoARcPSD| 36006477
gọi là cách ly quang là những linh kiện dạng IC có từ 4 chân đến nhiều
chân, chủ yếu được sử dụng để cách ly hai mạch với nhau.
Hoạt động của nó rất đơn giản, khi một điện áp được đặt vào LED
hồng ngoại được nối trên chân 1 và 2, LED sẽ được kích hoạt và ánh
sáng được nhận bởi transistor quang bên trong làm cho nó ở trạng thái
bão hòa từ đó nối chân 3 và 4 với nhau. PC817 là một opto được sử
dụng rộng rãi và hoạt động trong mạch điện tử chỉ với nhiệm vụ cách ly. Thông số kĩ thuật: - Loại transistor: NPN
- Dòng cực góp tối đa (IC): 50mA
- Điện áp cực góp - cực phát tối đa (VCEO): 80V - Điện áp
bão hòa cực góp - cực phát: 0,1 đến 0,2
- Công suất tiêu tán cực góp tối đa (Pc): 200 mW 2.4.3 Relay
Relay (rờle) là 1 công tắc đóng cắt thiết bị dạng ON/OFF. Cặp tiếp
điểm bên trong sẽ thay đổi trạng thái khi cuộn dây relay được cấp điện
và trở về trạng thái ban đầu khi cuộn dây mất điện.
Hình 2-10: Relay 5VDC Relay có 2 tiếp điểm: -
NC (Normally Closed): là chân thường đóng, nghĩa là khi rơle ở
trạng thái OFF, chân COM sẽ nối với chân này. lOMoARcPSD| 36006477 -
NO (Normally Open): chân thường mở, khi rơle ở trạng thái
ON (có dòng chạy qua cuộn dây) thì chân COM sẽ được nối với chân này
2.5 Các phần mềm sử dụng 2.5.1 CCS C Compiler
CCS là trình biên dịch lập trình ngơn ngữ C cho Vi điều khiển PIC
của hãng Microchip. Giống như nhiều trình biên dich C khác cho PIC,
CCS giúp cho người sử dụng nắm bắt nhanh được vi điều khiển PIC và
sử dụng PIC trong các dự án.
Điểm nổi bật của bộ công cụ này là trình biên dịch tối ưu code
thông minh. Bộ thư viện hàm đa dạng, cho phép phát triển nhanh ứng
dụng mà không cần hiểu nhiều về PIC. 2.5.2 Altium designer
Altium Designer trước kia có tên gọi quen thuộc là Protel DXP, là
một trong những công cụ vẽ mạch điện tử mạnh nhất hiện nay. Được
phát triển bởi hãng Altium Limited. Altium designer là một phần mềm
chuyên nghành được sử dụng trong thiết kế mạch điện tử.
Altium Designer có một số đặc trưng sau:
- Giao diện thiết kế, quản lý và chỉnh sửa thân thiện, dễ dàng
biên dịch, quản lý file, quản lý phiên bản cho các tài liệu thiết kế.
- Hỗ trợ mạnh mẽ cho việc thiết kế tự động, đi dây tự động
theo thuật toán tối ưu, phân tích lắp ráp linh kiện. Hỗ trợ
việc tìm các giải pháp thiết kế hoặc chỉnh sửa mạch, linh
kiện, netlist có sẵn từ trước theo các tham số mới.
- Mở, xem và in các file thiết kế mạch dễ dàng với đầy đủ các
thông tin linh kiện, netlist, dữ liệu bản vẽ, kích thước, số lượng…
- Hệ thống các thư viện linh kiện phong phú, chi tiết và hoàn
chỉnh bao gồm tất cả các linh kiện nhúng, số, tương tự… lOMoARcPSD| 36006477
- Đặt và sửa đối tượng trên các lớp cơ khí, định nghĩa các
luật thiết kế, tùy chỉnh các lớp mạch in, chuyển từ
schematic sang PCB, đặt vị trí linh kiện trên PCB.
- Mô phỏng mạch PCB 3D, đem lại hình ảnh mạch điện trung
thực trong không gian 3 chiều, hỗ trợ MCADECAD, liên kết
trực tiếp với mô hình STEP, kiểm tra khoảng cách cách điện,
cấu hình cho cả 2D và 3D - Hỗ trợ thiết kế PCB sang FPGA và ngược lại.
2.6 Chức năng đếm sự kiện của timer1
Ngoài chức năng định thời, timer1 còn có khả năng đếm sự
kiện(counter) là các xung tác động cạnh lên bên ngoài thông qua chân RC0.
Hình 2-11: Thanh ghi T1CON của timer1
Muốn sử dụng được chức năng counter của timer1 phải cài đặt
các bit trong thanh ghi T1CON địa chỉ 10h.
Bit T1CKPS1: T1CKPS0(timer1 input clcok prescaler select): bit lựa
chọn tỉ số bộ chia tần cho timer1:
- 11 tỉ số chia tần số của prescaler 1:8 lOMoARcPSD| 36006477
- 10 tỉ số chia tần số của prescaler 1:4
- 01 tỉ số chia tần số của prescaler 1:2
- 00 tỉ số chia tần số của prescaler 1:1
Bit T1OSCEN (timer1 oscillator enable control):
- T1OSCEN = 1 cho phép timer1 hoạt động với xung do oscillator cung cấp.
- T1OSCEN = 0 không cho phép timer1 hoạt động với xung do oscillator cung cấp.
Bit T1SYNC (timer1 internal clock input synchoronization control):
bit lựa chọn đồng bộ hay không đồng bộ xung clock bên ngoài đưa vào timer1: - Khi TMR1CS =1:
• T1SYNC = 1 không đồng bộ xung clock ngoại vi đưa vào timer1.
• T1SYNC = 0 đồng bộ xung clock ngoại vi đưa vào timer1. - Khi TMR1CS = 0:
• Bit T1SYNC không được quan tâm do timer1 sử dụng xung clock bên trong.
• Bit TMR1CS (timer1 clcok source select): bit lựa
chọn nguồn xung cho timer1 (chức năng định thời hay đếm sự kiện).
• TMR1CS = 1 chọn xung đếm là xung ngoại vi lấy từ
chân RC0/T1OSC/T1CKI – chức năng đếm sự kiện
(cạnh tác động là cạnh lên).
• TMR1CS = 0 chọn xung đếm là xung bên trong
(FOSC/4) - chức năng định thời.
- Bit TMR1ON (timer1 on): bit cho phép hay không cho phép timer1 hoạt động:
• TMR1ON = 1 cho phép timer1 hoạt động.
• TMR1ON = 0 không cho phép timer1 hoạt động. lOMoARcPSD| 36006477
Như vậy để có thể có sử dụng chức năng đếm sự kiện của timer1
thì thanh ghi T1CON (địa chỉ 10h) sẽ được cài như sau: T1CON=0b00000011.
Chương 3 Thiết Kế Sơ Đồ Khối Và Sơ Đồ Nguyên Lý
3.1 Sơ đồ khối hệ thống
Đề tài thiết kế thi công bộ đếm và phân loại sản phẩm theo màu sắc có sơ đồ khối:
Hình 3-12: Sơ đồ khối hệ thống
Chức năng của từng khối: -
Khối nguồn: biến đổi điện áp đầu vào là 220VAC thành 12VAC
sau đó đưa vào mạch chỉnh lưu để có được điện áp 12VDC.
Điện áp 12VDC này được đưa qua mạch lọc để lọc phẳng và
qua ic ổn áp để tạo ra điện áp 5VDC không đổi. Điện áp 5VDC
cung cấp cho vi điều khiển PIC16f877a, màn hình hiển thị LCD,
cảm biến màu sắc TCS3200, còi và động cơ hoạt động. lOMoARcPSD| 36006477 -
Khối cảm biến: khi cảm biến TCS3200 hoạt động sẽ phát ra ánh
sáng trắng chiếu vào vật, vật sẽ hấp thụ và phản xạ ánh sáng,
các photodiode trên cảm biến sẽ chỉ tiếp nhận các ánh sáng
phản xạ có cùng màu với nó, và sau đó trả về tần số có dạng
xung vuông tương ứng. Bằng việc điều khiển thay đổi các bộ
lọc(màu photodiode) trên cảm biến ta sẽ có 3 chỉ số R G B, và
từ đó phân biệt được màu sắc của vật. -
Khối xử lý trung tâm PIC16F877A: đọc tần số xung trả về của
cảm biến qua chế độ counter của timer 1 trong một khoảng
thời gian nhất định được định thời ở timer 0. Xuất tín hiệu điều
khiển hai chân s2 và s3 để thay đổi bộ lọc màu của biến. Sau
đó tính toán để có được 3 chỉ số R G B và quyết định màu sắc
của vật và đếm số lượng, sau đó xuất tín hiệu để LCD hiển thị
số lượng theo màu sắc. Ngoài ra vi điều khiển PIC16F877A còn
xuất tín hiệu điều khiển còi báo hiệu, khối công suất qua đó
điều khiến động cơ và nhận tín hiệu từ khối nút nhấn để reset
lại số lượng sản phẩm. -
Khối hiển thị LCD: nhận dữ liệu và tín hiệu từ vi điều khiển để
hiển thị thông tin (số lượng hoặc cảnh báo lỗi) cho người dùng -
Khối công suất: nhận tín hiệu điều khiển (chạy, dừng) từ vi điều
khiển qua đó cho động cơ hoạt động hay ngừng động cơ. -
Khối nút nhấn: đưa tín hiệu khối xử lí trung tâm PIC16F877A
để người dùng reset lại số lượng sản phẩm. -
Khối cảnh báo: nhận tín hiệu từ vi điều khiển PIC16F877A và
phát âm thanh báo hiệu cho người dùng.
3.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống lOMoARcPSD| 36006477
Hình 3-13: Sơ đồ nguyên lý hệ thống 3.2.1 Khối nguồn
Hình 3-14: Khối nguồn
Khối nguồn được cung cấp điện áp 12VAC sau máy biến áp. Sau
khi nắn lọc được thì cho ra được điện áp một chiều 5VDC.
Điện áp ở cuộn thứ cấp máy biến áp:
Uhd=12V => Umax=*Uhd = * 12 = 16.97 V Điện áp sau cầu diode có giá là: U == 0.9*16.97=15.273 V lOMoARcPSD| 36006477
Vậy phải chọn tụ có mức điện áp chịu đựng là 25 V
Để chọn biến áp nguồn, cầu diode, IC ổn áp căn cứ vào dòng tiêu
thụ của linh kiện trong mạch hay dòng tiêu thụ của toàn thống.
Dòng tiêu thụ của các linh kiện chính trong mạch được tính gần đúng như sau: -
Vi điều khiển PIC 16F877A tiêu thụ dòng khoảng 20mA -
Còi tiêu thụ dòng khoảng 25mA -
Động cơ tiêu thụ dòng 500mA -
LCD tiêu thụ dòng khoảng 1uA -
Module TCS3200 tiêu thụ dòng khoảng 100mA
Sau khi cộng tất cả các dòng têu thụ của các linh kiện trong mạch
ta có dòng tổng là: 645mA.
Căn cứ vào tính toán ở trên ta có thể chọn các giá trị linh kiện như sau:
+ Tụ 470uF 50v và tụ gốm 104
+ Biến áp nguồn cung cấp loại 2A 220V/ 15V
+ IC ổn áp 7805 , có IOUT = 1A + Cầu diode B1 có dòng 1A lOMoARcPSD| 36006477
3.2.2 Khối xử lý trung tâm
Hình 3-15: Khối xử lý trung tâm
Khối này sử dụng Vi điều khiển Pic16F877A để nhận tín hiệu từ
các khối chức năng, sau đó xử lý và xuất tín hiệu điều khiển theo yêu cầu.
Trong khối này có bộ dao động thạch, các nút nhấn và các chân
kết nối để nạp chương trình cho vi điều khiển.
3.2.3 Khối cảm biến
Hình 3-16: Khối cảm biến
Trong khối này có 1 header 6 chân để kết nối từ vi điều khiển tới
module cảm biến màu sắc TCS3200. lOMoARcPSD| 36006477
3.2.4 Khối hiển thị
Hình 3-17: Khối hiển thị
Khối này sử dụng một màn hình LCD 1602 được kết nối tới vi điều
khiển Pic16F877A và nhận tín hiệu điều khiển 4 bit.
Màn hình này hiển thị các thông số của hệ thống, để người dùng quan sát dễ dàng.
3.2.5 Khối cảnh báo
Hình 3-18: Khối cảnh báo
Còi cảnh báo buzzer nhận tín hiệu điều khiển từ chân RD4 của vi
điều khiển và phát tiếng kêu cảnh báo người dùng.
Sử dụng 1 điện trở 1kΩ để hạn dòng đi vào cực cổng B của
transistor c1815 (IB max=50mA). lOMoARcPSD| 36006477
3.2.6 Khối công suất
Hình 3-19: Khối công suất
Sử dụng opto PC817 để cách ly tín hiệu từ chân RD7 của vi điều
khiển và cách ly tín hiệu điều khiển đó với cơ cấu chấp hành, có gắn trở
330ohm để hạn dòng cho led opto.
Sử dụng transistor C1815 có trở 1k để hạn dòng cho cực B
transistor C1815(IB max=50mA) nhận tín hiệu từ opto kích dẫn nguồn
cho relay đảo trạng thái hoạt động.
3.3 Mạch in hoàn chỉnh
Hình 3-20: Mạch in 2D lOMoARcPSD| 36006477
Hình 3-21: Mạch in 3D lOMoARcPSD| 36006477
Chương 4 Chương Trình Điều Khiển
4.1 Lưu đồ thuật giải
4.1.1 Lưu đồ chương trình chính
Hình 4-22: Lưu đồ thuật chương trình chính lOMoARcPSD| 36006477
Hình 4-23 Lưu đồ thuật chương trình chính
Vi điều khiển sẽ lấy về tần số, đã được gán vào các biến trả về từ
chương trình con lọc màu, tần số sẽ thay đổi ứng với những màu sắc
khác nhau tùy thuộc vào cường độ màu sắc. Từ đó tính toán ra phần
trăm tỷ lệ R, B, G và nhận biết ra màu sắc. Sau đó đếm số lượng sản
phẩm theo các màu sắc và hiển thị cho người dùng qua LCD, xuất tín
hiệu cảnh báo qua còi buzzer. lOMoARcPSD| 36006477
4.1.2 Lưu đồ chương trình con lọc màu
Hình 4-24: Lưu đồ chương trình con lọc màu
Khi chương trình con này được gọi sẽ thực hiện lần lượt thay đổi
mức logic hai chân S2, S3 của module cảm biến màu sắc làm thay đổi
lần lượt các photodiode (bộ lọc màu) của cảm biến, để cảm biến nhận
vào sự phản xạ ánh sáng từ vật thể và xuất ra tần số xung tương ứng
gán vào các biến. Các biến này sẽ được xử lý, tính toán để từ đó nhận biết được màu sắc. lOMoARcPSD| 36006477
4.1.3 Lưu đồ chương trình xử lý ngắt
Hình 4-25: Lưu đồ chương trình xử lý ngắt
Mỗi lần timer0 tràn thì chương trình ngắt sẽ được thực hiện và
khi ngắt xảy ra đủ 25 lần (đủ 10ms) thì sẽ lấy về giá trị số xung đếm
được qua chân RC0 được trả về từ chân OUT của module cảm biến màu
sắc. Sau đó cài lại cho giá trị của timer1=0 để thực hiện lần tiếp theo.
Thời gian tăng 1 xung=(4/fosc)*pres=(4/20000000)*16=3,2us
Số xung cần đếm để có 20ms = 20000/3,2=6250
Mỗi lần timer đếm hết 250 giá trị thì timer tràn số lần ngắt cần là 25 lần. lOMoARcPSD| 36006477
Chương 5 Kết Luận Và Hướng Phát Triển 5.1 Kết luận
5.1.1 Kết quả đạt được
Thiết kế và hoàn thiện mô hình hệ thống đếm và phân loại sản phẩm theo màu.
Hoàn thiện các phần cứng cho hệ thống hoạt động theo yêu cầu:
Thiết kế được mạch nguồn điều khiển hệ thống
Thiết kế được mạch điều khiển trung tâm sử dụng vi điều khiển
PIC 16F877A và mạch hiển thị.
Lắp ráp mạch đúng theo yêu cầu đảm bảo tính kỹ thuật và tính thẩm mỹ.
5.1.2 Kết quả chưa đạt được
Trong quá trình thiết kế và thi công việc nhận biết màu sắc còn
hạn chế, số lượng màu nhận biết được chưa nhiều vì nhiễu màu xảy ra
do cường độ ánh sáng mà cảm biến màu thu lại chưa ổn định.
Chưa có nhiều kinh nghiệm vẽ mạch nên mạch in chưa được đẹp.
5.2 Hướng phát triển
Với việc nghiên cứu và chế tạo mô hình “bộ đếm và phân loại sản
phẩm theo màu” với các tính năng thông minh và linh hoạt có ý nghĩa
lớn trong thực tiễn. Việc ứng dụng hệ thống vào quá trình sản xuất có
rất nhiều lợi ích như:
- Tăng năng xuất lao động và chất lượng sản phẩm trong sản xuất.
- Giúp giảm giá thành sản phẩm để có thể cạnh tranh trên thị trường .
Với đề tài này, có thể mở ra một số hướng phát triển mới cho hệ
thống. Em có đưa ra một số hướng phát triển cho đề tài này như sau:
- Giao tiếp với máy tính theo chuẩn RS 232. lOMoARcPSD| 36006477
- Đối với sản xuất thông minh có thể áp dụng công nghệ
camera giám sát và phân tích màu trong các nhà máy
sản xuất sơn, gạch men, các công ty dược phẩm…
- Trong khoa học có thể áp dụng công nghệ nhận biết
màu sắc để giám sát sự sinh trưởng và phát triển thực
vật . Việc nghiên cứu và áp dụng này có ý nghĩa thực
tiễn rất lớn trong đời sống. lOMoARcPSD| 36006477
Tài Liệu Tham Khảo [1]
T.S Đặng Đắc Chi, Th.S Cao Hoàng Vũ, “Giáo trình Vi Điều
Khiển”, trường CĐKT Cao Thắng, 2020 [2]
http://www.beelab.info/2017/05/vi-ieu-khien-pic-bai- 5timercounter-cua.html [3]
https://mlab.vn/index.php?_route_=21025-huong-dan-
sudung-moudule-cam-bien-mau-sac-tcs3200.html lOMoARcPSD| 36006477 Bảng tính vật tư Phụ lục
Chương trình điều khiển #include <16F877A.h> #include #FUSES NOWDT, HS #use delay(clock=2M) #byte T1CON = 0x10 lOMoARcPSD| 36006477 #bit tmr2if=0x0c.1 #define S0 PIN_d2 #define S1 PIN_d3 #define canhbao PIN_d4 #define S2 PIN_d5
#define S3 PIN_d6 #define dc PIN_d7 float
tanso=0,F_R=0,F_B=0,F_G=0; int16 R=0,B=0,G=0, dem2=0;
int chopheptinh=0, spd=0, spv=0, spx=0, sploi=0, loaimau=0;
int dem0=0, menu=1; int1 cospd=0, cospv=0, cospx=0, cospl=0; char str[3]; #define LCD_ENABLE_PIN PIN_a2 #define LCD_RS_PIN PIN_a0 #define LCD_RW_PIN PIN_a1 #define LCD_DATA4 PIN_a3 #define LCD_DATA5 PIN_a4
#define LCD_DATA6 PIN_a5 #define LCD_DATA7 PIN_e0 #include
//////////////////////////////////////// //////////////// void mau() { switch(menu) { case 1://red { lOMoARcPSD| 36006477 output_low(S2); output_low(S3); F_R=tanso; menu=2; output_low(S2); output_high(S3); break; } case 2://blue { output_low(S2); output_high(S3); F_B=tanso; menu=3; output_high(S2); output_high(S3); break; } case 3://green { output_high(S2); output_high(S3); F_G=tanso; menu=4; output_high(S2); lOMoARcPSD| 36006477 output_low(S3); break; } case 4: { output_high(S2); output_low(S3); chopheptinh=1; menu=1; output_low(S2); output_low(S3); break; } } } #INT_RTCC
void ngat() { dem0++; if(dem0==25)//20ms {
tanso=get_timer1(); set_timer1(0); }
set_timer0(5); } void main() {
set_tris_a(0x00); set_tris_b(0xff);
set_tris_c(0xff); set_tris_d(0x00);
output_a(0x00); output_d(0x00);
setup_timer_0(rtcc_internal|RTCC_DIV_16);
setup_timer_1(t1_external|t1_div_by_1);
setup_timer_2(t2_div_by_16,5,1); lOMoARcPSD| 36006477 T1CON=0b0000001; set_timer0(5); set_timer1(0); lcd_init(); output_low(S0); output_high(S1); enable_interrupts(INT_RTCC); enable_interrupts(GLOBAL);
while(true) { output_high(dc); if(chopheptinh==1) {
R=((F_R)/(F_R + F_B + F_G))*100.0; B=((F_B)/(F_R +
F_B + F_G))*100.0; G=((F_G)/(F_R + F_B + F_G))*100.0;
if((R>=58)&&(R<=61)&&(B>=21)&&(B<=24)&&(G>=15)&&( G<=18))loaimau=1;//do else
if((R>=46)&&(R<=48)&&(B>=20)&&(B<=21)&&(G>=30)&&(G<= 31))loaimau=2;//vang else
if((R>=21)&&(R<=26)&&(B>=29)&&(B<=34)&&(G>=40)&&(G<= 45))loaimau=3;//xanh la else
if((R>=28)&&(R<=31)&&(B>=38)&&(B<=41)&&(G>=28)&&(G<= 31))loaimau=4;//khong co sp else
if((R>=51)&&(R<=52)&&(B>=30)&&(B<=31)&&(G>=16)&&(G<= lOMoARcPSD| 36006477 17))loaimau=5;// sp loi 1 else
if((R>=8)&&(R<=13)&&(B>=59)&&(B<=64)&&(G>=25)&&(G<=3 0))loaimau=6;//sp loi 2 //!else loaimau=5; chopheptinh=0;
} if(loaimau==1) { cospd=1; loaimau=0;}
if(loaimau==2) { cospv=1; loaimau=0;}
if(loaimau==3) { cospx=1; loaimau=0;}
if(loaimau==5||loaimau==6) { cospl=1; loaimau=0;}
if(cospd==1&&loaimau==4) { cospd=0; spd++; }
if(cospv==1&&loaimau==4) { cospv=0; spv++; }
if(cospx==1&&loaimau==4) { cospx=0; spx++; } lOMoARcPSD| 36006477
if(cospl==1&&loaimau==4) { cospl=0; sploi++; output_high(canhbao); delay_ms(100); output_low(canhbao); } lcd_gotoxy(1,1); printf(lcd_putc,"md:%u",spd); lcd_gotoxy(6,1); printf(lcd_putc,"mv:%u",spv); lcd_gotoxy(11,1); printf(lcd_putc,"mx:%u",spx);
lcd_gotoxy(2,2); printf(lcd_putc," sp loi:%u ",sploi); while(spd>5) { output_low(dc); disable_interrupts(INT_RTCC); lcd_gotoxy(4,2); lcd_putc("sp do du "); if(tmr2if==1) { tmr2if=0; dem2++;
if(dem2==1) output_high(canhbao);
if(dem2==250) output_low(canhbao);
if(dem2==375) output_high(canhbao); lOMoARcPSD| 36006477
if(dem2==625) output_low(canhbao); if(dem2==1250) dem2=0; } if(input(pin_b0)==0) { while(input(pin_b0)==0) { lcd_gotoxy(4,2); lcd_putc("sp do du "); } output_high(dc); output_low(canhbao); spd=0; enable_interrupts(INT_RTCC); } } while(spv>4) { output_low(dc); disable_interrupts(INT_RTCC); lcd_gotoxy(3,2); lcd_putc("sp vang du "); if(tmr2if==1) { tmr2if=0; dem2++;
if(dem2==1) output_high(canhbao);
if(dem2==250) output_low(canhbao);
if(dem2==375) output_high(canhbao); lOMoARcPSD| 36006477
if(dem2==625) output_low(canhbao); if(dem2==1250) dem2=0; } if(input(pin_b0)==0) { while(input(pin_b0)==0) { lcd_gotoxy(3,2); lcd_putc("sp vang du "); } output_high(dc); output_low(canhbao); spv=0; enable_interrupts(INT_RTCC); } } while(spx>3) { output_low(dc); disable_interrupts(INT_RTCC); lcd_gotoxy(3,2); lcd_putc("sp xanh du "); if(tmr2if==1) { tmr2if=0; dem2++;
if(dem2==1) output_high(canhbao);
if(dem2==250) output_low(canhbao);
if(dem2==375) output_high(canhbao); lOMoARcPSD| 36006477
if(dem2==625) output_low(canhbao); if(dem2==1250) dem2=0; } if(input(pin_b0)==0) { while(input(pin_b0)==0) { lcd_gotoxy(3,2); lcd_putc("sp xanh du "); } output_high(dc); output_low(canhbao); spx=0; enable_interrupts(INT_RTCC); } }
//!///////////// hien R G B de xac dinh mau //!sprintf(str,"%lu",R); //!if(R<100)str[2]=' ';
//!if(R<10){str[2]=' ';str[1]=' ';} //!lcd_gotoxy(1,1); //!lcd_putc("R="); //!lcd_gotoxy(3,1); //!lcd_putc(str[0]); //!lcd_gotoxy(4,1); //!lcd_putc(str[1]); //!lcd_gotoxy(5,1); lOMoARcPSD| 36006477 //!lcd_putc(str[2]); //!sprintf(str,"%lu",B); //!if(B<100)str[2]=' ';
//!if(B<10){str[2]=' ';str[1]=' ';} //!lcd_gotoxy(6,1); //!lcd_putc("B="); //!lcd_gotoxy(8,1); //!lcd_putc(str[0]); //!lcd_gotoxy(9,1); //!lcd_putc(str[1]); //!lcd_gotoxy(10,1); //!lcd_putc(str[2]); //!sprintf(str,"%lu",G); //!if(G<100)str[2]=' ';
//!if(G<10){str[2]=' ';str[1]=' ';} //!lcd_gotoxy(11,1); //!lcd_putc("G="); //!lcd_gotoxy(13,1); //!lcd_putc(str[0]); //!lcd_gotoxy(14,1); //!lcd_putc(str[1]); //!lcd_gotoxy(15,1); //!lcd_putc(str[2]); } }