Cân điện tử sử dụng vi điều khiển PIC16F877A

ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: Th.S TRẦN QUANG KHẢI MỤC LỤC TÓM TẮT ĐỒ ÁN LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Ứng dụng đề tài 1.3 Hướng thực đề tài CHƯƠNG 2: : CÁC LOẠI LINH KIỆN ĐƯỢC SỬ DỤNG 2.1 Giới thiệu vi điều khiển 2.1.1 Thông số 2.1.2 Các đặc tính ngoại vi 2.1.3 Ưu nhược điểm PIC16F877A 2.2 Giới thiệu cảm biến 2.2.1 Thông số 2.2.2 Sơ đồ chân CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM LẬP TRÌNH CCS VÀ VISUAL STUDIO 2013 KÈM THƯ VIỆN EMGUCV, ZXING 3.1 Giới thiệu phần mềm CCS 3.1.1 Khái quát phần mềm 3.1.2 Giải thích lưu đồ thuật toán 3.2 Giới thiệu mã QR phần mềm Visual Studio 2013 3.2.1 Lý thuyết nhận dạng màu sắc a Lưu đồ thuật tốn b Giải thích lưu đồ thuật toán 3.2.2 Giao tiếp PIC16F877A máy tính giao tiếp nối tiếp UART thơng qua cổng Com a Giới thiệu giao tiếp cổng nối tiếp UART – RS232 Page | ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: Th.S TRẦN QUANG KHẢI 4.2.3 Chương trình kết nối cổng Com Visual Studio a Loại cổng Com b Kết nối cổng Com 4.3 Kết đạt 4.3.1 Thiết kế giao diện điều khiển 4.3.2 Thiết kế phần mơ hình hệ thống 4.3.3 Thiết kế mạch điều khiển Chương 5: Kết luận PHỤ LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Page | ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: Th.S TRẦN QUANG KHẢI LỜI NÓI ĐẦU (cỡ chữ 16, canh lề giữa) Page | ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: Th.S TRẦN QUANG KHẢI CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý chọn đề tài Cân trọng lượng nhu cầu cần thiết thiếu đời sống xã hội , từ người nơng dân làm hạt thóc khu chế xuất , nhà máy sản xuất hàng trăm sản phẩm ngày Xuất phát từ nhu cầu thực tế ứng dụng công nghệ vi điều khiển nhà khoa học nghiên cứu loại cân điện tử thị số cân trọng lượng từ mg hàng trăm mà loại cân bình thường thực Trên thực tế nhà máy sản xuất muốn biết khối lượng hàng hoá, sản phẩm hay nguyên vật liệu, cho lĩnh vực khác bến cảng, trạm cân xe phát tải cảnh sát giao thông sử dụng cân điện tử Trong thời đại ngày hệ thống điều khiển tự động ngày có vai trò quan trọng việc phát triển, tiến kĩ thuật công nghệ văn minh đại Xuất phát từ thực tế đó, nhóm lựa chọn thực đề tài “Cân điện tử “ 1.2 Ứng dụng đề tài Trong nội dung, ứng dụng đề tài sử dụng nhiều cửa hàng, đặc biệt cửa hàng bán thực phẩm ngày thịt, cá, rau, hoa Bên cạnh đề tài thuận tiện việc sử dụng, thống kê quản lý liệu với khả kết nối thời đại kĩ thuật số 1.3 Hướng thực đề tài Với giới hạn đề tài: “Cân điện tử ứng dụng quản lý bán hàng” Nhóm sâu vào nghiên cứu vấn đề sau: - Tìm hiểu vi điều khiển mà trọng tâm PIC16F877A phần cứng tập lệnh - Tìm hiểu phận hiển thị cụ thể hình LCD - Tìm hiểu ngơn ngữ lập trình C, C#, viết chương trình cho PIC16F877A, loadcell với module HX711 - Tìm hiểu phần mềm thiết kế mạch điện tử Proteus, phần mềm để thực xử lý ảnh Visual Studio, phần mềm lập trình điều khiển vi điều khiển CCS, … Page | ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: Th.S TRẦN QUANG KHẢI CHƯƠNG 2: CÁC LOẠI LINH KIỆN ĐƯỢC SỬ DỤNG 2.1 Giới thiệu vi điều khiển Nhóm chọn vi điều khiển PIC16F877A vi điều khiển họ PIC16F sản xuất hãng Microchip với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit Đây chip sử dụng phổ biến Việt Nam giới với đầy đủ chức vi điều khiển nói chung sử dụng phù hợp với ứng dụng Hình 2.1 Hình dạng thực tế PIC16F877A (Internet) 2.1.1 Thơng số - Bộ nhớ chương trình Flash với dung lượng 8K x 14bit, với khả ghi/xóa lên đến 100.000 lần - Bộ nhớ liệu RAM: 368 byte - Bộ nhớ EEPROM: dung lượng 256 byte, có khả ghi/xóa 1.000.000 lần, lưu trữ liệu 40 năm - Nguồn sử dụng: 2.0 – 5.5 VDC - Tần số hoạt động tối đa: 20MHz - Có chế độ SLEEP để tiết kiệm lượng - PIC16F877A có 40 chân, có ports I/O với 33 chân (A, B, C, D, E), chân nguồn cho PIC, chân ngõ vào dao động thạch anh chân reset tích cực mức thấp - Hỗ trợ giao tiếp USB, USART, I2C, SPI Page | ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: Th.S TRẦN QUANG KHẢI PORT A - Là cổng xuất nhập hai chiều với chân từ RA0 – RA5 Thanh ghi định hướng liệu: TRISA (0: OUTPUT, 1: INPUT) Chân RA4 đa hợp với ngõ vào xung clock module Timer0: RA4/T0CKI Các chân lại đa hợp với ngõ vào tương tự, ngõ vào tương tự VREF cho chuyển đổi A/D so sánh Khi sử dụng ngõ vào tương tự cần đảm bảo ghi TRISA trì mức PORT B - Là cổng xuất nhập hai chiều với chân từ RB0 – RB7 Thanh ghi định hướng liệu: TRISB Mỗi chân port B có điện trở nội kéo lên Bit điều khiển RBPU (OPTION_REG) RBPU = → mở điện trở kéo lên Port B thiết lập ngõ vào lúc bị reset & tắt chức điện trở kéo lên Chân RB0/INT đa hợp ngắt Chân RB4 – RB7 có cấu trúc ngắt thay đổi có thay đổi xung tác động chân (chỉ thiết lập input) PORT C - Là cổng xuất nhập hai chiều với chân từ RC0 – RC7 Thanh ghi định hướng liệu: TRISC Chân RC3-RC4 đa hợp với giao tiếp SPI I2C Chân RC6-RC7 đa hợp với giao tiếp nối tiếp USART PORT D - Là cổng xuất nhập hai chiều với 8chân từ RD0 – RD7 Thanh ghi định hướng liệu: TRISD Được đa hợp với giao tiếp song song PORT E Là cổng xuất nhập hai chiều với chân từ RE0 – RE2 Thanh ghi định hướng liệu: TRISE 0: OUTPUT, 1: INPUT Các chân Port E đa hợp với ngõ vào tương tự - Phải đảm bảo chân cấu hình ngõ vào sử dụng ngõ vào tương tự - Page | ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: Th.S TRẦN QUANG KHẢI Hình 2.3: Sơ đồ chân họ PIC16F87XA (Internet) 2.1.2 Các đặc tính ngoại vi Có định thời: Timer 0: timer/counter bit, có chia trước Timer 1: timer/counter 16 bit, có chia trước, đếm CPU chế độ sleep với nguồn xung từ thạch anh nguồn xung bên ngồi - Timer 2: timer/counter bit, có chia trước chia sau CCP (Capture/Compare/PWM): - Capture có độ rộng 16 bit, độ phân giải 12.5ns - Compare có độ rộng 16 bit, độ phân giải 200ns - PWM với độ phân giải lớn 10 bit - Các chuẩn giao tiếp nối tiếp MSSP: - Giao tiếp SPI Giao tiếp I2C Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART Chuẩn giao tiếp song song PSP Bộ chuyển đổi ADC với kênh có độ phân giải 10 bit Có khả hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác 2.1.3 Ưu nhược điểm PIC16F877A Ưu điểm: - PIC vi điều khiển phát triển Microchip PIC thực chương trình Page | ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: Th.S TRẦN QUANG KHẢI nhanh đơn giản Lập trình giao tiếp với nhiều thiết bị ngoại vi khác - Điện tiêu thụ thấp, kết nối tốt, giá trung bình, dể kiếm thị trường Việt Nam Nhược điểm: - PIC có lệnh nhiều thiết bị ngoại vi nên muốn thực lệnh tương đường với dịng vi điều khiển khác phải viết khối lệnh dài (như phức tạp tốn nhớ) - Số chương trình ngắt thời điểm hữu hạn nhỏ 2.1.4 Lập trình cho VDK a Các ngơn ngữ lập trình: - Ngơn ngữ Assembly - Ngơn ngữ C b Phần mềm lập trình cho VDK: - CCS Complier - Mplab - MikroC Sử dụng trình biên dịch CCS để viết chương trình Hình 2.4: Trình biên dịch CCS Page | ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: Th.S TRẦN QUANG KHẢI c Nạp chương trình cho vi điều khiển Để nạp code cho cho VDK PIC16F877A, cần có mạch nạp dành riêng cho PIC, phần mềm nạp PICkit3 Hình 2.5: Phần mềm PicKit3 2.2 Giới thiệu Loadcell module HX711 2.2.1 Loadcell Loadcell thiết bị cảm biến dùng để chuyển đổi lực trọng lượng thành tín hiệu điện Nhóm dùng cảm biến loadcell với tải trọng tối đa 5kg Page | ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: Th.S TRẦN QUANG KHẢI Hình 2.6: Loadcell 5kg (Internet) a Cấu tạo Loadcell cấu tạo hai thành phần, thành phần thứ "Strain gauge" thành phần lại "Load" Strain gauge điện trở đặc biệt nhỏ móng tay, có điện trở thay đổi bị nén hay kéo dãn nuôi nguồn điện ổn định, dán chết lên “Load” - kim loại chịu tải có tính đàn hồi b Thông số Điện áp hoạt động: VDC Khối lượng tối đa: kg Đầu định mức: 1.0 ± 0.15 mV/V Trở kháng đầu vào: 1066 ± 20 Ω Trở kháng đầu ra: 1000 ± 20 Ω Quá tải an toàn: 120% c Sơ đồ chân - Dây đỏ: Ngõ vào (+) - Dây đen: Ngõ vào (-) - Dây xanh: Ngõ (+) - Dây trắng: Ngõ (-) 2.2.2 Mạch Chuyển Đổi ADC 24bit Loadcell HX711 - HX711 chuyển đổi tương tự kỹ thuật số 24bit xác thiết kế cho cân ứng dụng điều khiển để giao tiếp trực tiếp với cảm biến cầu với giao tiếp thông qua chân Clock Data để gửi liệu cho vi điều khiển Page | 10 ĐỒ ÁN VI ĐIỀU KHIỂN GVHD: Th.S TRẦN QUANG KHẢI CHƯƠNG 4: LƯU ĐỒ THUẬT TỐN VÀ CHƯƠNG TRÌNH 4.1 Lưu đồ thuật tốn 4.2 Giải thích lưu đồ thuật tốn Sau khởi động cân phần mềm giao diện bán hàng, vi điều khiển PIC tính tốn hiển thị giá trị lên LCD, đồng thời camera (kết nối camera điện thoại qua phần mềm IvCam) bật thực quét mã QR sản phẩm Một mã quét, lúc thông tin sản phẩm hiển thị, với khối lượng sản phầm gửi từ vi điều khiển Tiếp đó, thơng tin khách hàng nhập Page | 25