Đồ án thiết kế mô HÌNH PHÂN LOẠI màu sắc và CHIỀU CAO sử DỤNG ARDUINO UNO R3

PHẦN MỞ ĐẦULý do chọn đề tàiNgày nay, cùng với sự phát triển không ngừng của mọi lĩnh vực đặc biệt trong đó là khoa học kỹ thuật cũng như là kỹ thuật điện điện tử đã cho phép con người thỏa mãn về những nhu cầu của bản thân tìm tòi mày mò . . . Lĩnh vực này lần đầu tiên trở nên quan trọng và hình thành nghề nghiệp liên quan đến nó vào cuối thế kỉ XIX sau khi điện báo và cung cấp năng lượng điện đi vào thương mại hóa. Cùng với sự phát triển đó thì cũng có những sự phát triển khác nhau như: năng lượng, điện tử học, hệ thống điều khiển, xử lý tín hiệu và viễn thông.Công cuộc công nghiêp hóa hiện đại hóa đất nước đang diễn ra theo sự tiến bộ của khoa học kĩ thuật. Trước tình hình đó đã có khá nhiều yêu cầu cấp bách và cũng có những thách thức đặt ra cho giới trí thức.Đời sống đang phát triển theo hướng ngày càng hiện đại. Chính vì thế, không thể thiếu được sự hiện diện của những thiết bị điện, điện tử. Những thiết bị này xuất hiện ở tất cả mọi nơi trong đời sống hàng ngày để phục vụ cho lợi ích của con người, từ cuộc sống sinh hoạt hàng ngày cho đến các hoạt động sản xuất.Cũng chính vì những lý do đó mà ngành kỹ thuật điện tử đã trở thành một ngành nghề quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật nói riêng là đối với toàn xã hội nói chung.Do vậy là một sinh viên chuyên ngành công nghệ kỹ thuật điện – điện tử cần nắm vững những kiến thức và kỹ năng từ đơn giản đến phức tạp như: biết sử dụng thành thạo các loại cảm biến kết nối với hệ thống để thu nhận tín hiệu. Rèn luyện thành thạo các kĩ năng lập trình trên các hệ thống sử dụng vi điều khiển trong các hệ thống công nghiệp và các ứng dụng trong sản xuất và đời sống sinh hoạt.Để biết và hiểu rõ hơn về ngành công nghiệp Điện Điện Tử của nước ta hơn nữa tôi quyết định lựa chọn đề tài: “ Thiết kế chế tạo mô hình dây chuyền băng tải phân loại trái cây theo kích thước và màu sắc ” làm đề tài Chuyên Đề của mình, với mong muốn tìm hiểu và hiểu rõ hơn về những vấn đề như là linh kiện, nguyên liệu lắp ráp và nguyên lí hoạt động cũng như là chức năng vận hành của những sản phẩm trong nước qua đó góp phần nâng cao ý tưởng và hiệu quả hơn cho sau này. Và phần nào đó nhằm thỏa mãn nhu cầu của bản thân cũng như mọi người đã và đang có những ý tưởng như mình, góp phần nâng cao hiệu quả phát triển Kinh TếXã Hội và hiểu rõ hơn về ngành công nghiệp Điện Điện Tử của đất nước trong giai đoạn Công nghiệp hóa, Hiện đại hóa.Mục đích nghiên cứuCủng cố kiến thức đã được học, áp dụng được những điều đã được học vào thực tế, làm quen với công việc thiết kế, lập trình sau này.Lĩnh hội được kinh nghiệm và kiến thức từ giáo viên hướng dẫn trong quá trình làm đồ án.Nội dung nghiên cứuTổng quan về về dây chuyền phân loại trái cây.Các yêu cầu và mục đích chế tạo mô hình.Giới thiệu thiết bị điện, các linh kiện trong mô hình.Tìm hiểu và cách thiết kế tổng quát mô hình.Lập trình điều khiển mô hình bằng Arduino.

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CAO THẮNG

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ CHẾT TẠO DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO

MÀU SẮC VÀ KÍCH THƯỚC SỬ DỤNG ARDUINO UNO R3

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và thực tập tốt nghiệp vừa qua em luôn nhận được sự quan tâm hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của các thầy, cô giáo trong Khoa Điện-Điện Tử cùng với sự động viên và giúp đỡ của bạn bè xung quanh Lời đầu tiên em xin được bày tỏ lòng biết ơn đến Ban giám hiệu Trường, ban chủ nhiệm khoa Công nghệ kĩ thuật Điện-Điện Tử đã tận tình giúp đỡ em trong suốt thời gian học tại trường.

Đặc biệt em xin bày bỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô đã trực tiếp giúp đỡ hướng dẫn em tận tình để hoàn thành tốt Chuyên Đề Tốt Nghiệp này, em đã nhận được

sự quan tâm và giúp đỡ, hướng dẫn rất tận tình, tâm huyết của cô Cô đã giúp em tích lũy thêm được nhiều kiến thức cũng như trau dồi cho bản thân để có cái nhìn sâu sắc hơn và dần hoàn thiện hơn Cũng như giúp em rất nhiều trong Chuyên Đề Tốt Nghiệp Thông qua Chuyên Đề lần này, em xin trình bày lại những gì mà mình đã tìm hiểu được trong thời gian qua và cách làm mà đề tài Chuyên Đề đưa ra “ Thiết kế chế tạo mô hình dây chuyền băng tải phân loại trái cây theo kích thước và màu sắc”.

Có lẽ kiến thức là vô hạn và sự tiếp nhận hay nhìn nhận nó của bản thân mỗi người luôn tồn tại những hạn chế nhất định và bản thân em cũng vậy Do đó, trong quá trình hoàn thành Chuyên Đề, chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót Bản thân em rất mong được nhận những góp ý đến từ cô, để em có thể học thêm được nhiều kinh nghiệm và hoàn thành tốt hơn trong tương lai.

Kính chúc cô sức khỏe, hạnh phúc và thành công trên con đường sự nghiệp giảng dạy.

PHẦN MỞ ĐẦU

Lý do chọn đề tài

Ngày nay, cùng với sự phát triển không ngừng của mọi lĩnh vực đặc biệt trong đó

là khoa học kỹ thuật cũng như là kỹ thuật điện điện tử đã cho phép con người thỏamãn về những nhu cầu của bản thân tìm tòi mày mò Lĩnh vực này lần đầu tiên trởnên quan trọng và hình thành nghề nghiệp liên quan đến nó vào cuối thế kỉ XIX saukhi điện báo và cung cấp năng lượng điện đi vào thương mại hóa Cùng với sự pháttriển đó thì cũng có những sự phát triển khác nhau như: năng lượng, điện tử học, hệthống điều khiển, xử lý tín hiệu và viễn thông

Công cuộc công nghiêp hóa hiện đại hóa đất nước đang diễn ra theo sự tiến bộcủa khoa học kĩ thuật Trước tình hình đó đã có khá nhiều yêu cầu cấp bách và cũng cónhững thách thức đặt ra cho giới trí thức

Đời sống đang phát triển theo hướng ngày càng hiện đại Chính vì thế, không thểthiếu được sự hiện diện của những thiết bị điện, điện tử Những thiết bị này xuất hiện ởtất cả mọi nơi trong đời sống hàng ngày để phục vụ cho lợi ích của con người, từ cuộcsống sinh hoạt hàng ngày cho đến các hoạt động sản xuất

Cũng chính vì những lý do đó mà ngành kỹ thuật điện tử đã trở thành một ngànhnghề quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật nói riêng là đối với toàn xã hội nói chung

Do vậy là một sinh viên chuyên ngành công nghệ kỹ thuật điện – điện tử cần nắmvững những kiến thức và kỹ năng từ đơn giản đến phức tạp như: biết sử dụng thànhthạo các loại cảm biến kết nối với hệ thống để thu nhận tín hiệu Rèn luyện thành thạocác kĩ năng lập trình trên các hệ thống sử dụng vi điều khiển trong các hệ thống côngnghiệp và các ứng dụng trong sản xuất và đời sống sinh hoạt

Để biết và hiểu rõ hơn về ngành công nghiệp Điện Điện Tử của nước ta hơn nữa tôi quyết định lựa chọn đề tài: “ Thiết kế chế tạo mô hình dây chuyền băng tải phân loại trái cây theo kích thước và màu sắc ” làm đề tài Chuyên Đề của mình, với mong muốn tìm hiểu và hiểu rõ hơn về những vấn đề như là linh kiện, nguyên liệu lắp ráp và nguyên lí hoạt động cũng như là chức năng vận hành của những sản phẩm trong nước qua đó góp phần nâng cao ý tưởng và hiệu quả hơn cho sau này Và phần nào đó nhằm thỏa mãn nhu cầu của bản thân cũng như

phát triển Kinh Tế-Xã Hội và hiểu rõ hơn về ngành công nghiệp Điện Điện Tử của đất nước trong giai đoạn Công nghiệp hóa, Hiện đại hóa.

Mục đích nghiên cứu

Củng cố kiến thức đã được học, áp dụng được những điều đã được học vào thực

tế, làm quen với công việc thiết kế, lập trình sau này

Lĩnh hội được kinh nghiệm và kiến thức từ giáo viên hướng dẫn trong quá trìnhlàm đồ án

Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan về về dây chuyền phân loại trái cây

- Các yêu cầu và mục đích chế tạo mô hình

- Giới thiệu thiết bị điện, các linh kiện trong mô hình

- Tìm hiểu và cách thiết kế tổng quát mô hình

- Lập trình điều khiển mô hình bằng Arduino

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

PHẦN MỞ ĐẦU iii

Lý do chọn đề tài iii

Mục đích nghiên cứu iv

Nội dung nghiên cứu iv

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI: 1

1.1 Tổng quan dây chuyền phân loại 1

1.1.1 Yêu cầu xã hội 1

1.1.2 Phân tích sản phẩm 1

1.2 Các phương pháp phân loại 2

1.2.1 Phân loại theo trọng lượng quả 2

1.2.2 Phân loại theo màu sắc quả 3

1.2.3 Phân loại theo kích thước quả 4

1.3 GIỚI THIỆU VỀ MÔ HÌNH DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI 5

1.3.1 Chọn phương pháp phân loại: 5

1.3.2 Yêu cầu đặt ra 5

1.3.3 Yêu cầu về chương trình chung: 5

1.3.4 Yêu cầu cơ khí: 5

1.3.5 Kết cấu mô hình: 6

1.3.5 Ưu, nhược điểm: 7

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ LINH KIỆN THIẾT KẾ 8

2.1 Phần cứng 8

2.1.1 Kit điều khiển Arduino uno r3 8

2.1.2 Moudule cảm biến màu sắc TCS3200: 16

2.1.3 Cảm biến hồng ngoại: 20

2.1.4 Động Cơ RC Servo 9G 22

2.1.5 Nguồn tổ ong 12V 5A 25

2.1.6 Động cơ giảm tốc 37GB520 27

2.1.7 Board mạch 29

2.1.8 Băng tải 32

2.2 Phần mềm 33

2.2.1 Phần mềm Altium Designer 33

2.2.2 Lập trình trên Adruino IDE: 35

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ TỔNG QUÁT PHẦN CỨNG 40

3.1 Sơ đồ khối 40

3.2 Sơ lược chức năng của từng khối 40

3.2.1 Khối cảm biến màu sắc 40

3.2.2 Khối kích servo gạt 41

3.2.3 Khối kích Servo đóng 42

3.2.4 Khối đo chiều cao 43

3.2.5 Khối vi điều khiển 44

3.2.6 Khối nguồn 45

CHƯƠNG IV: SƠ ĐỒ MẠCH HOÀN CHỈNH 46

4.1 Sơ đồ nối dây mô hình 46

4.2 Sơ đồ thuật toán 47

4.3 Các hình ảnh thực tế của mô hình 48

4.4 Chương trình lập trình cho Arduino UNO R3 52

4.4.1 Code test màu 52

4.4.2 Tần số màu đo được 53

4.4.3 Code chính chạy hệ thống 55

PHẦN KẾT LUẬN 59

Kết quả thu được 59

Hướng phát triển của đề tài 59

Kết luận 59

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1Mô hình phân loại trái cam theo cân nặng 2

Hình 1 2 Nhà máy phân loại trái cây theo màu sắc 3

Hình 1 3 Nhà máy phân loại trái cây theo kích thước 4

Hình 1 4 Mô hình phân loại trái cây theo màu sắc và kích thước (chiều cao) 6

Hình 2 1 Adruino Mega ADK 9

Hình 2 2 Adruino Due 10

Hình 2 3 Adruino Esplora 10

Hình 2 4 Adruino Robot 11

Hình 2 5 Lilypad Adruino Simple 11

Hình 2 6 Lilypad Adruino USB 12

Hình 2 7 Lilypad Adruino Simplesnap 12

Hình 2 8 Adruino Uno R3 13

Bảng 2 1 Thông số của Adtuino ủno r3 14

Hình 2 9 Sự cố nối dây 15

Hình 2 10 cảm biến màu sắc TCS3200 16

Hình 2 11 Cấu tạo của cảm biến màu sắc TCS3200 17

Hình 2 12 Các khối của cảm biến màu sắc TCS3200 17

Hình 2 13 Mảng ma trận 8x8 các photodiode 18

Bảng 2 2 Kiểu bộ lộc của khối thứ nhất 18

Bảng 2 3 Bộ chuyển đổi dòng điện từ đầu ra khối thứ nhất thành tần số 18

Hình 2 14 Sơ đồ đấu chân với Arduino 20

Hình 2 15 Cảm biến hồng ngoại 20

Hình 2 16 Cấu tạo cảm biến hồng ngoại 21

Hình 2 17 Cách hoạt động của cảm biến 22

Hình 2 18 Động Cơ RC Servo 9G 23

Hình 2 19 Cấu tạo Động cơ Servo 24

Bảng 2 4 Sơ đồ nối đây của động cơ Servo SG90 với Adruino 25

Hình 2 20 Sơ đồ nối đây của động cơ Servo SG90 với Adruino 26

Hình 2 21 Nguồn tổ ong 12V 26

Hình 2 22 Động cơ giảm tốc 37GB520 27

Hình 2 23 Cấu tạo của động cơ một chiều 28

Hình 2 24 Nguyên lý hoạt động của động cơ một chiều 29

Hình 2 25 Board mạch in 2D 30

Hình 2 26 Boar mạch in 3D 31

Hình 2 27 Boar mạch thực tế 31

Hình 2 28 Băng tải 32

Hình 2 29 Giao diện phần mềm Altium Designer 18 33

Hình 2 30 Phần mềm Adruino IDE 35

Hình 2 31 Giao diện của phần mềm 36

Hình 2 32 Giao diện khởi tạo chương trình 37

Hình 2 33 Cách thêm thư viện của phần mềm 38

Hình 2 34 Viết chương trình trên phần mềm 38

Hình 2 35 Lưu lại chương trình 39

Hình 3 1 Sơ đồ khối mô hình 40

Hình 3 2 Khối cảm biến màu sắc 40

Hình 3 3 Khối kích servo gạt 41

Hình 3 4 Khối kích Servo đóng 42

Hình 3 5 Khối đo chiều cao 43

Hình 3 6 Khối vi điều khiển 44

Hình 3 7 Khối nguồn 45

Hình 4 1 Sơ đồ nối dây mô hình 46

Hình 4 2 Mô hình hoàn thiện 48

Hình 4 3 Mô hình khi có nguồn 49

Hình 4 4 Khi cảm biến màu nhận tín hiệu 50

Hình 4 5 Khi cảm biến hồng ngoại ở máng 1 nhận tín hiệu 51

Hình 4 6 Khi cảm biến hồng ngoại đặt ở chiều cao 7cm nhận tín hiệu 52

Hình 4 7 Khi cảm biến hồng ngoại ở máng 2 nhận tín hiệu 53

Hình 4 8 Khi các cảm biến không nhận tín hiệu 54

DANH MỤC BÀNG BIỂU

Bảng 2 1 Thông số của Adtuino ủno r3 14

Bảng 2 2 Kiểu bộ lộc của khối thứ nhất 18

Bảng 2 3 Bộ chuyển đổi dòng điện từ đầu ra khối thứ nhất thành tần số 18

Bảng 2 4 Sơ đồ nối đây của động cơ Servo SG90 với Adruino 25

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI:

1.1 Tổng quan dây chuyền phân loại

1.1.1 Yêu cầu xã hội

Trong điều kiện xã hội phát triển theo hướng công nghiệp hóa, việc ứng dụng máymóc để thay thế sức lao động của con người đang phổ biến Chỉ nói riêng lĩnh vựcnông nghiệp đã có rất nhiều loại máy móc hỗ trợ con người như :Máy cấy lúa, Gặt lúa,Gieo giống, Thu hoạch,… Trong đó có cả máy phân loại trái cây

Dây chuyền phân loại là 1 tập hợp các hoạt động theo tuần tự đã được thiết lập sẵntại nhà máy mà vật liệu được đưa vào để chọn lọc ra các sản phẩm tiêu dùng đúng tiêuchuẩn

Việc thiết kế ra dây chuyền sản xuất là vô cùng cần thiết đối với con người Xuấtphát từ nhu cầu của con người, dây chuyền phân loại tạo ra để tiết kiệm nhiều chi phí

Vì khi dây chuyền phân loại người dùng chỉ cần thao tác để máy móc hoạt động tựđộng

1.1.2 Phân tích sản phẩm

Cam (Orange) là loài cây ăn quả cùng họ với bưởi Nó có quả nhỏ hơn quả bưởi,

vỏ mỏng, khi chín thường có màu da cam, có vị ngọt hoặc hơi chua Loài cam là mộtcây lai được trồng từ xưa, có thể lai giống giữa loài bưởi (Citrus maxima) và quýt(Citrus reticulata) Đây là cây nhỏ, cao đến khoảng 10 m, có cành gai và lá thườngxanh dài khoảng 4-10cm Cam bắt nguồn từ Đông Nam Á, có thể từ Ấn Độ, Việt Namhay miền nam Trung Quốc

Thành phần dinh dưỡng có trong quả cam: trong Cam tươi có nước 87,5%, protid0,9%, glucid 8,4%, acid hữu cơ 1,3%, cellulose 1,6%, calcium 34mg%, sắt 23mg%,caroten 0,4mg%, vitamin C 40mg% Quả là nguồn vitamin C, có thể tới 150mg trong100g dịch, hoặc 200-300 mg trong 100g vỏ khô

Vỏ quả chứa tinh dầu mà thành phần chính là d-limonen (90%), decyclicaldehydtạo nên mùi thơm, các alcol như linalool, dl-terpineol, alcol nonylic, còn có acidbutyric, authranilat metyl và este caprylic

Quả Cam có vị ngọt chua, tính mát, có tác dụng giải khát, sinh tâm dịch, mát phổi,tiêu đờm, thanh nhiệt và lợi tiểu

Với những giá trị như vừa nêu, giá thành phù hợp với người tiêu dùng Chính vìđiều đó cam đã dần trở thành một món tráng miệng không thể thiếu trong mỗi giađình Việt Nam.

Qủa Cam được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau như ăn quả tươi, nấu ăn, làmnước ép, mứt …

Nhu cầu tiêu dùng tăng cao đồng nghĩa với việc cần một lượng cung dồi dào từ thịtrường các nước Cùng với sự phát triển kinh tế, xã hội của đất nước, nhu cầu sử dụngthực phẩm chất lượng của người tiêu dùng cũng tăng nhanh Để đáp ứng điều nàychúng ta cần làm tốt công tác phân loại tại nguồn ( nông trại, vựa nông sản ) trước khicung cấp ra thị trường Việc phân loại hiện tại chủ yếu vẫn là phương pháp thủ côngvới nhiều hạn chế như năng suất thấp, độ chính xác không cao

1.2 Các phương pháp phân loại

Có 3 phương pháp phân loại:

- Phân loại theo trọng lượng quả

- Phân loại theo màu sắc quả

- Phân loại theo kích thước quả

1.2.1 Phân loại theo trọng lượng quả

Hình 1 1Mô hình phân loại trái cam theo cân nặng.

Đây là 1 mô hình phân loại trái cây (cam) thì mô hình được thiết lập 2 chế độ Đó

là chế độ bằng tay và tự động:

- Với chế độ bằng tay: khi cam được đưa vào nhấn cấp phôi thì động cơ gạt quaylàm quả rớt xún cân loadcell, sau đó cảm biến loadcell sẽ đó trọng lượng quả vàhiển thị ra màn hình LCD

 Nếu quả có cân nặng hiển thị trên LCD <150gam thì nhấn nút quay trái để mâmxoay di chuyển sang bên trái làm cho quả rơi vào khay bên trái

 Nếu quả có cân nặng hiển thị trên LCD >150gam thì nhấn nút quay phải đểmâm xoay di chuyển sang bên phải làm cho quả rơi vào khay bên phải

- Với chế độ tự động: khi cam được đưa vào thì cảm biến hồng ngoại nhận đượcvật cản truyền tín hiệu để động cơ gạt quay làm quả rớt xún cân loadcell, sau đócảm biến loadcell sẽ đó trọng lượng quả và hiển thị ra màn hình LCD

 Nếu quả có cân nặng hiển thị trên LCD <150gam thì mâm xoay di chuyển sangbên trái làm cho quả rơi vào khay bên trái

 Nếu quả có cân nặng hiển thị trên LCD >150gam thì sang bên phải làm choquả rơi vào khay bên phải

1.2.2 Phân loại theo màu sắc quả

Đây là máy phân loại trái cây (táo) theo màu sắc.

Như hình thì ta thấy được táo được di chuyển vào khối cảm biến màu , được hiển thị rangoài màn hình Sau đưa ra băng chuyền phân loại màu sắc theo yêu cầu

1.2.3 Phân loại theo kích thước quả

Hình 1 3 Nhà máy phân loại trái cây theo kích thước.

Đây là máy phân loại trái cây (táo) theo kích thước

Như hình sau khi qua công đoạn làm sạch táo được đưa vào máy cảm biến kíchthước và phận loại, được hiển thị ra ngoài màn hình để biết kích thước quả đi qua.Sau đó được đưa ra băng chuyền phân loại vào các khay với từng kích thước phânloại theo yêu cầu

1.3 GIỚI THIỆU VỀ MÔ HÌNH DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI

1.3.1 Chọn phương pháp phân loại:

Trong đề tài này em chọn phương pháp phân loại theo màu sắc và kích thước(chiều cao) quả

- Do em học ngành điện – điện tử nên chọn phương pháp cơ điện để phát huy, traodồi kỹ năng nghề nghiệp qua đó nâng cao tay nghề

- Do chi phí máy cơ sẽ phù hợp với đối tượng sinh viên em muốn hướng đến,

- Do trình độ chuyên môn, kinh nghiệm, kĩ năng bản thân còn nhiều hạn chế chưathể chế tạo máy có nhiều chi tiết cơ cấu phức tạp

1.3.2 Yêu cầu đặt ra

- Không làm hư hỏng bề mặt quả

- Quả chia làm 3 loại

- Mô hình phải gọn chiếm ít diện tích

- Chi phí chiếc máy phải phù hợp với những đối tượng

- Mô hình dễ vận chuyển

- Dễ tháo lắp để tiện ích cho người sử dụng

- Mô hình phải đảm bảo độ an toàn tuyệt đối khi vận hành máy

- Mô hình phải đảm bảo công suất tối ưu khi sử dung, kể cả sản phẩm và thời gian

ra sản phẩm

1.3.3 Yêu cầu về chương trình chung:

- Về phân loại màu: khi cảm biến màu nhận biết được màu vàng và màu xanh lục,động cơ gạt thứ nhất phải gạt lập tức cho đến khi quả vàng được đưa vào khay thứnhất thì trở về vị trí cũ

- Về phân loại kích thước: cảm biến hồng ngoại phát hiện vật cản đưa tín hiệu chođộng cơ gạt thực hiện chức năng gạt vào khay thứ 2 và quay về vị trí cũ khi quảđược đưa vào khay

1.3.4 Yêu cầu cơ khí:

- Yêu cầu thiết kế mô hình là phải tương đối giống với thực tế về hình thức lẫn chấtlượng hoạt động, phải chắc chắn gọn gàng

- Động cơ được dùng ở đây là loại động cơ một chiều được cấp nguồn bởi bộ chỉnhlưu cầu một chiều

- Linh kiện phải có khả năng ổn định nhiệt, ổn định dòng tốt.

- Bảo đảm làm việc chính xác, an toàn, dễ lắp đặt, kiểm tra và sửa chữa

- Mô hình phải làm việc ổn định ở các điều kiện khí hậu, môi trường

1.3.5 Kết cấu mô hình:

Phương pháp phân loại trái cây bẳng cảm biến màu TCS3200 và phân loại kíchthước (chiều cao) bằng cảm biến hồng ngoại

Hình 1 4 Mô hình phân loại trái cây theo màu sắc và kích thước (chiều cao).

 Cấu tạo mô hình:

- Nguồn tổ ong 12V.

 Nguyên lý hoạt động của mô hình: Khi cấp nguồn cho động cơ giảm tốc thì băngtải hoạt động

- Về phân loại màu: Đưa trái cây lên băng tải khi qua cảm biến màu, cảm biến màu

sẽ nhận tín hiệu quả màu vàng sau đó bộ xử lý tín hiệu Adruino sẽ xử lý và pháttín hiệu cho động cơ Servo thứ nhất lúc này động cơ Servo nhận tín hiệu từ bộ xử

lý làm nhiệm vụ gạt quả màu vàng vào máng thứ nhất Khi quả màu vàng vàománg thứ nhất và đi qua cảm biến hồng ngoại được đặt trên máng lúc này cảmbiến sẽ nhận tín hiệu sau đó Adruino phát tín hiệu cho đông cơ Servo thứ nhấtquay về vị trí cũ

- Về phân loại kích thước: khi có quả màu xanh đi tới hai cảm biến hồng ngoạiđược đặt ở độ cao lần lượt là 7cm và 5cm thì cảm biến sẽ nhận tín hiệu Adruinophát tín hiệu cho Động cơ Servo thứ hai gạt quả màu xanh có độ cao >= 7cm vàquả màu xanh có độ cao <7cm thì sẽ đến cuối băng tải Cảm biến hồng ngoại đặt

ở khay thứ hai có chức năng nhận biết vật cản và Adruino sẽ xử lí, truyền tín hiệu

để động cơ gạt thứ hai quay về vị trí cũ Và quy trình sẽ được lặp đi lặp lại

Mô hình được thiết kế dựa theo thực tế của nhiều nhà máy sản xuất có sử dụngbăng chuyền để thực hiện vận chuyển sản phẩm liên tục bằng băng tải nhờ động cơ

Từ thực tế đó em đã đưa ra ý tưởng thiết kế mô hình phân loại trái cây theo màu sắc

và kích thước (chiều cao),

1.3.5 Ưu, nhược điểm:

Ưu điểm:

- Chi phí linh kiện thấp

- Dễ vận hành, bảo trì, bảo dưỡng

- Gọn nhẹ

- Có thể ứng dụng máy phân loại nhiều loại quả khác nhau

Nhược điểm: Tỷ lệ phân loại chính xác chưa cao do hình dạng và màu sắc khôngđều

CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ LINH KIỆN THIẾT KẾ

2.1 Phần cứng

2.1.1 Kit điều khiển Arduino uno r3

 Sơ lược về Aduino:

Một trong những phần quan trọng của mô hình phân loại trái cây theo màu sắc vàkích thước (chiều cao) thì Aduino là phần diều khiển trung tâm của mô hình Đóngvai trò là bộ xử lí tổng của mô hình là nơi xử lý các tín hiệu, tính toán và điều khiểncủa mô hình Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại Adruino khác nhau Nhưngtrong đề tài này em dùng Adruino uno R3

Adruino là một mạch điều khiển tiện dụng có thể sử dụng nó để điều khiển hayquản lý một thiết bị nào đó như : điều khiển led bật tắt, đo nhiệt độ, điều khiển cánhtay robot hay là điều khiển động cơ… thì cần một mach Adruino để thực thực hiệnnhững thứ nêu trên một cách đơn giản và hoàn toàn tự động Chỉ cần lắp các thiết bịvào bo mạch và lập trình cho nó

Muốn giao tiếp với Adruino người dùng cần biết được ngôn ngữ của nó Ngườidùng có thế thực hiện đơn giản với Adruino đã có kiến thức về một số ngôn ngữ như:Java, c, c++…

Mạch Adruino dựa trên nền tảng xử lý của Atmel 8bit hoặc 32bit Một mạch baogồm một Atmel 8bit hoặc 32bit và cùng nhiều linh kiện điện tử khác có thể lập trình

và kết nối mở rộng với mạch khác Adruino được thiết kế với tiêu chuẩn của nó điều

đó cho phép nó có thể kết nối với CPU của boar với các modul khác để có thể dễdàng chuyển đổi và đó được gọi là shield

Adruino có giá thành thấp nên rất phù hợp người muốn sử dụng

Trên thị trương hiện nay có rất nhiều loại Adruino nhưng phổ biến nhất va thôngdụng nhất là Adruino uno R3 và Adruino Mega 2560

 Lịch sử phát triển của Adruino:

Vào năm 2005 mạch lập trình Adruino đầu tiên được xây dựng là mạch AdruinoSerial được sử dụng kết nối bằng cổng RS-232 (Serial)

Adruino USB đầu tiên ra đời vào năm 2005 sử dụng cổng Usb type B đã thay thếcho cổng Serial

Sau đó Adruino Extreme ra đời lúc này ra đời có một vài tahy đổi khác giúpngười dùng dễ sử dụng nó nhỏ gọn hơn, hoạt động ổn định hơn

Đến năm 2006 thì cho ra Adruino NG và nó thay thế con chíp FT232BM bằngcon chíp USB to Serial FTDI FT232RL giúp cho Adruino hoàn thiện hơn về phầncứng.

Adruino Diecimila ra đời vào năm 2007 có thêm tính năng mới là khi uploadchương trình sẽ tự động reset lại chương trình cũ

Năm 2008 – 2009 thì Adruino Duemilanove ra đời thay vì trước đó sử dụngAtmega168 thì nó đã được thay thế bằng Atmega328 và sự thay thế này bắt đầu từ1/2008 Từ sự thay thế này làm cho mạch nhận biết được sử dụng nguồn ngoài haynguồn USB

Từ năm 2010 cho đến nay thì có Adruino uno

Ngoài các dòng Adruino nêu trên thì ngoài ra còn một vài dòng Adruino khácnhau như: Adruino AKD, Adruino Nano, Adruino Due… mỗi dòng Adruino ra đờiđều mang cho mình một số tính năng khác nhau nhiều ưu điểm vượt trội khác nhaucho người sử dụng

Với nhiều tính nhiều khả năng vượt trội nó được sử dụng để làm bộ xử lý cho các

dự án lớn nhỏ và độ khó khác nhau

 Các phiên bản khác của Adruino:

Adruino hiện nay có nhiều phiên bản khác nhau phù hợp với nhu cầu người sửdụng Từ trước tới nay nhiều phiên bản của Adruino được ra đời và thiết kế ngàycàng nhỏ gọn, nhẹ nhàng, giá rẻ…

Hình 2 1 Adruino Mega ADK.

Hình 2 2 Adruino Due.

Hình 2 3 Adruino Esplora.

Hình 2 4 Adruino Robot.

Hình 2 5 Lilypad Adruino Simple.

Hình 2 6 Lilypad Adruino USB.

Hình 2 7 Lilypad Adruino Simplesnap.

 Adruino Uno R3:

Hình 2 8 Adruino Uno R3.

Arduino Uno được xây dựng với phân nhân là vi điều khiển ATmega328P sử thạchanh có chu kì dao động là 16 MHz Với vi điều khiển này, ta có tổng cộng 14ngõ ra/vào được đánh số từ 0 tới 13 (trong đó có 6 ngõ PWM, được đánh dấu ~trước mã số của pin),1 cổng USB, 1 jack nguồn DC, 1 nút reset

- 2 chân Serial: (TX => 1) và (RX <= 0): dùng để gởi (transmit- TX) và nhận(receive- RX) dữ liệu TTL Serial Arduino có thể giao tiếp với thiết bị khác thôngqua 2 chân này

- Chân PWM (3,5,6,9,10 và 11): cho phép vạn xuất ra xung PWM với độ phân giải

8 bit bằng hàm analog Write() Nói một cách đơn giản là bạn có thể điều chỉnhđiện áp ra ở chân này từ 0 đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0 và 5V ở nhữngchân khác

- Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12( MISO), 13(SCK) Ngoài các chứcnăng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền dữ liệu bằng giao tiếp SPI vớicác thiết bị khác

- LED 13: Trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam( kí hiệu chữ L) Khi bấm nútreset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân 13, khibạn sử dụng chân này LED sẽ sáng.

- Chân analog (A0 đến A5): cung cấp độ phân giải tín hiệu 10 bit (0 đến 210-1) đểđọc giá trị điện áp trong khoảng 0V đến 5V Với chân AREF trên board, bạn cóthể đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog Tức là nếu bạn cungcấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể sử dụng các chân analog để đo điện

áp trong khoảng từ 0 đến 2.5V với độ phân giải vẫn là 10 bit

- Chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác

- Jack nguồn: nguồn từ 9 – 12V

- Cổng USB: đây là cổng giao tiếp để upload code từ máy tính lên vi điều khiển.Đồng thời nó cũng là giao tiếp serial để truyền dữ liệu giữa vi điều khiển và máytính

Một vài thông số của Adtuino ủno r3:

Vi điều khiển ATmega328 (họ 8bit)

Điện áp hoạt động 5V – DC (Qua cổng USB)

Tần số hoạt động 16MHZ

Điện áp vào khuyên dùng (7-12V) DC

Điện áp vào giới hạn (6-20V) DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân PWM)

Số chân Analog 6 (A0- A6: độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

- Flash Memory: bộ nhớ có thể ghi được, dữ liệu không bị mất ngay cả khi tắt điện

Về vai trò, ta có thể hình dung bộ nhớ này như ổ cứng để chứa dữ liệu trên board.Chương trình được viết cho Arduino sẽ được lưu ở đây Kích thước của vùng nhớnày thông thường dựa vào vi điều khiển được sử dụng, ví dụ như ATmega8 có8KB flash memory Loại bộ nhớ này có thể chịu được khoảng 10,000 lần ghi /xoá

- RAM: tương tự như RAM của máy tính, sẽ bị mất dữ liệu khi ngắt điện nhưng bùlại tốc độ đọc ghi xoá rất nhanh Kích thước nhỏ hơn Flash Memory nhiều lần.

- EEPROM: một dạng bộ nhớ tương tự như Flash Memory nhưng có chu kì ghi /xoá cao hơn - khoảng 100,000 lần và có kích thước rất nhỏ Để đọc / ghi dữ liệu

ta có thể dùng thư viện EEPROM của Arduino

Một số lưu ý khi làm việc với Adruino uno r31:

Mặc dù Arduino có cầu chi tự phục hồi bảo về mạch khi xảy ra quá tải, tuynhiên cầu chì này chỉ được mắc cho cổng USB nhằm tự động ngắt điện khi nguồnvào USB lớn hơn 5V

Vì vậy, khi thao tác với Arduino, ta cần tính toán cẩn thận để tránh gây hư tổnđến board Các thao tác sau đây có thể gây hỏng một phần hoặc toàn bộ boardArduino

- Nối trực tiếp dòng 5V vào 1 trong 2 chân GND: Khi nối trực tiếp dòng 5V vàoGND mà không qua bất kì một điện trở kháng nào sẽ gây ra hiện tượng đoảnmạch và phá hỏng Arduino

Hình 2 9 Sự cố nối dây.

- Cấp nguồn lớn hơn 5V cho bất kì ngõ I/O: với vi điều khiển ATmega328P thì 5V

là ngưỡng lớn nhất mà vi điều khiển này có thể chịu được Nếu bất kì pin nào bịcấp điện áp vượt quá 5V sẽ gây ra hỏng vi điều khiển này

2.1.2 Moudule cảm biến màu sắc TCS3200:

Hình 2 10 cảm biến màu sắc TCS3200.

 Thông số kỹ thuật:

- Điện áp cung cấp: (2.7V đến 5.5V)

- Chuyển đổi từ cường độ ánh sáng sang tần số với độ phân giải cao

- Lập trình lựa chọn bộ lọc màu sắc khác nhau và dạng tần số xuất ra

- Điện năng tiêu thụ thấp Giao tiếp trực tiếp với vi điều khiển

 Chức năng chân:

- S0, S1: Đầu vào chọn tỉ lệ tần số đầu ra

- S2, S3: Đầu vào chọn kiểu photodiode

- OE: Đầu vào cho phép xuất tần số ở chân OUT

- OUT: Đầu ra là tần số thay đổi phụ thuộc cường độ và màu sắc

- Linh kiện điện tử Module cảm biến màu TCS3200 với khả năng nhận biết 3 mầu

cơ bản RGB và 4 đèn LED trắng Các TCS3200 có thể phát hiện và đo lường gầnnhư tất cả màu sắc có thể nhìn thấy Ứng dụng bao gồm kiểm tra đọc dải, phânloại theo màu sắc, cảm biến ánh sáng xung quanh và hiệu chuẩn, và kết hợp màusắc, đó chỉ là một vài ứng dụng TCS3200 có các bộ tách sóng quang, có 2 bộ lọc

màu sắc là bộ lọc màu đỏ, xanh dương, hoặc màu xanh lá, hoặc không có bộ lọc.Các bộ lọc của mỗi màu được phân bố đều khắp các mảng để loại bỏ sai lệch vịtrí giữa các điểm màu Bên trong là một bộ dao động tạo ra đầu ra sóng vuông cótần số là tỷ lệ thuận với cường độ của màu sắc lựa chọn

 Ứng dụng: Áp dụng để phân loại màu sắc, cảm ứng và hiệu chuẩn ánh sáng mặttrời, kiểm tra dải đọc, kiểm tra màu sắc phù hợp.

 Nguyên lý hoạt động cảm biến mầu của linh kiện điện tử TCS3200:

- Cấu tạo cảm biến TCS3200 gồm 2 khối như hình vẽ phía dưới:

Hình 2 11 Cấu tạo của cảm biến màu sắc TCS3200.

Hình 2 12 Các khối của cảm biến màu sắc TCS3200.

 Khối thứ nhất là mảng ma trận 8x8 gồm các photodiode.Bao gồm 16

màu đỏ (Red), 16 photodiode có thể lọc màu xanh lá(Green) và 16 photodiodetrắng không lọc (Clear) Tất cả photodiode cùng màu được kết nối song songvới 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 khácnhau Có nghĩa nó chỉ tiếp nhận các ánh sáng có cùng màu với loại photodiodetương ứng và không tiếp nhận các ánh sáng có màu sắc khác

Hình 2 13 Mảng ma trận 8x8 các photodiode

Việc lựa chọn 4 loại photodiode này thông qua 2 chân đầu vào S2, S3 :

Bảng 2 2 Kiểu bộ lộc của khối thứ nhất.

 Khối thứ 2 là bộ chuyển đổi dòng điện từ đầu ra khối thứ nhất thành tần số:

Bảng 2 3 Bộ chuyển đổi dòng điện từ đầu ra khối thứ nhất thành 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 khácnhau 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 chophù 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

- Nguyên lý hoạt động:

 Cảm biến TCS3200 có bộ lọc màu, nó chỉ cho phép nhận biết một màu và cácmàu khác sẽ bị chặn lại

 Cảm biến khi có ánh sáng và chuyển đổi nó thành tần số nhất định sau đó tần

số này được đưa vào một bộ chuyển đổi tần số

 Tần số được tạo ra, tương ứng với màu sắc của ánh sáng, tạo ra một tần số nhấtđịnh tần số đầu ra này sau đó sẽ quyết định màu sắc đã cảm nhận được Vì vậy,

về cơ bản là ánh sáng đã được chuyển đổi thành một tần số Mỗi màu sắc có tần

số riêng của nó Vì vậy, đây là cách cảm biến này có thể phân biệt giữa các màusắc.

 Sơ đồ đấu chân với Arduino:

Hình 2 14 Sơ đồ đấu chân với Arduino.

Hình 2 15 Cảm biến hồng ngoại.

 Tổng quan:

Cảm biến hồng ngoại (IR Sensor) là một thiết bị điện tử đo và phát hiện bức xạhồng ngoại trong môi trường xung quanh Bức xạ hồng ngoại đã vô tình được pháthiện bởi một nhà thiên văn học tên là William Herchel vào năm 1800 Trong khi đonhiệt độ của từng màu ánh sáng (cách nhau bởi một lăng kính), ông nhận thấy rằngnhiệt độ vượt ra ngoài ánh sáng đỏ là cao nhất IR Sensor là vô hình đối với mắtngười, vì bước sóng của nó dài hơn ánh sáng khả kiến (mặc dù nó vẫn nằm trêncùng một phổ điện từ) Bất cứ thứ gì phát ra nhiệt (mọi thứ có nhiệt độ trên năm độKelvin ) đều phát ra bức xạ hồng ngoại

Cảm biến có khả năng nhận biết vật cản ở môi trường với một cặp LED thu pháthồng ngoại để truyền và nhận dữ liệu hồng ngoại Tia hồng ngoại phát ra với tần sốnhất định, khi có vật cản trên đường truyền của LED phát nó sẽ phản xạ vào LEDthu hồng ngoại, khi đó LED báo vật cản trên module sẽ sáng, khi không có vật cản,LED sẽ tắt Nó có thể được sử dụng rộng rãi trong robot tránh chướng ngại vật,tránh chướng ngại vật xe, số dòng, và như vậy nhiều lần

Có hai loại cảm biến hồng ngoại: chủ động và thụ động Cảm biến hồng ngoại hoạtđộng cả phát ra và phát hiện bức xạ hồng ngoại

- Cảm biến hồng ngoại chủ động có hai phần: diode phát sáng (LED) và máythu Khi một vật thể đến gần cảm biến, ánh sáng hồng ngoại từ đèn LED sẽ phản

xạ khỏi vật thể và được người nhận phát hiện Cảm biến hồng ngoại hoạt động

đóng vai trò là cảm biến tiệm cận và chúng thường được sử dụng trong các hệthống phát hiện chướng ngại vật.

- Cảm biến hồng ngoại thụ động (Pir) chỉ phát hiện bức xạ hồng ngoại và khôngphát ra từ đèn LED

 Cấu tạo cảm biến hồng ngoại:

Hình 2 16 Cấu tạo cảm biến hồng ngoại.

 Cách hoạt động của cảm biến:

Hình 2 17 Cách hoạt động của cảm biến.

- Tia hồng ngoại phát ra một tần số nhất định, khi phát hiện hướng truyền có vậtcản (mặt phản xạ), phản xạ vào đèn thu hồng ngoại, sau khi so sánh, đèn màuxanh sẽ sáng lên, đồng thời đầu cho tín hiệu số đầu ra (một tín hiệu bậc thấp).

- Nó có một cặp truyền hồng ngoại và ống tiếp nhận, khi phát hiện hướng đáp ứngvới những trở ngại ( bề mặt phản xạ ), phản ánh nhận hồng ngoại của các ống

- Sau khi xử lý mạch so sánh , chỉ số màu xanh sẽ sáng lên , đồng thời đầu ra giaodiện đầu ra tín hiệu một tín hiệu kỹ thuật số ( một tín hiệu cấp độ thấp) , có thểđiều chỉnh khoảng cách phát hiện thông qua các núm chiết , phạm vi khoảng cáchhiệu quả 2 ~ 30 cm , dễ lắp ráp và sử dụng

 Mức cao - 5V: khi không có vật cản

 Sơ đồ đấu dây:

2.1.4 Động Cơ RC Servo 9G

Hình 2 18 Động Cơ RC Servo 9G

 Tổng quan:

Động cơ Servo là một loại động cơ điện đặc biệt khác với những loại động cơkhác là chỉ cần cấp nguồn thì động cơ quay liên tục Động cơ Servo hoạt động chỉkhi nhận tín hiệu điều khiển

Động cơ RC Servo 9G có kích thước nhỏ, là loại được sử dụng nhiều nhất để làmcác mô hình nhỏ hoặc các cơ cấu kéo không cần đến lực nặng Động cơ RC Servo9G có tốc độ phản ứng nhanh, các bánh răng được làm bằng nhựa nên cần lưu ý khinâng tải nặng vì có thể làm hư bánh răng, động cơ RC Servo 9G có tích hợp sẵnDriver điều khiển động cơ bên trong nên có thể dễ dàng điều khiển góc quay bằngphương pháp điều độ rộng xung PWM

 Cấu tạo:

Động cơ Servo được thiết kế theo hệ thống hồi tiếp vòng kín Khi động cơ quaythì lúc đó sẽ tín hiệu về mạch điều khiển Nếu có vật nào cản động cơ quay thì cơcấu hồi tiếp sẽ phản hồi về mạch là chưa có đạt được vị trí yêu cầu Khi đó mạchđiều khiển sẽ chỉnh sai lệch sao cho đúng vị trí đã được yêu cầu

Hình 2 19 Cấu tạo Động cơ Servo.

Trong đó:

1 Động cơ

2 Bảng điện tử

3 Dây nguồn dương màu đỏ

4 Dây tín hiệu màu trắng và vàng

5 Dây nguồn âm màu đen

 Thông số kỹ thuật:

- Momen xoắn: 1.6kg/cm

- Tốc độ hoạt động: 60 độ trong 0.12 giây

- Điện áp hoạt động: 4.8V(~5V)

- Nhiệt độ hoạt động: 0 ºC – 55 ºC

 Sơ đồ đầu nối:

Adruino uno Động cơ Servo SG90

Ngõ tín hiệu Dây màu vàng

Bảng 2 4 Sơ đồ nối đây của động cơ Servo SG90 với Adruino.

Hình 2 20 Sơ đồ nối đây của động cơ Servo SG90 với Adruino.

2.1.5 Nguồn tổ ong 12V 5A

Hình 2 21 Nguồn tổ ong 12V.

 Tổng quan:

Bộ nguồn tổ ong 12V 5A thực chất là nguồn xung Trên bộ nguồn này bạn thấyrất nhiều các lỗ thông hơi thoát nhiệt hình lục giác giống cấu tạo tổ ong nên đượcmọi người gọi vậy cho dễ nhớ Bộ nguồn tổ ong 12V 5A có tác dụng biến đổi từnguồn điện xoay chiều sang nguồn điện một chiều bằng chế độ dao động xung bằngmạch điện tử kết hợp với một biến xung

 Ưu, nhược điểm:

- Ưu điểm: Bộ nguồn tổ ong 12V 5A có công dụng nổi bật: chỉnh lưu, biến tần, nắndòng… làm dòng điện, điện áp, tầng số dao động ổn định, thiết bị này hay được