Đồ án THIẾT kế, CHẾ tạo mô HÌNH TRẠM cân

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CƠ - ĐIỆN  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH TRẠM CÂN TỰ ĐỘNG Giáo viên hướng dẫn : Th.s ĐẶNG THÚY HUYỀN Sinh viên thực : TRẦN NGỌC NHẤT Msv : 603022 Lớp : K60-TĐH Chuyên ngành : T ỰĐỘN G HÓA Hà Nội – 2021 LỜI CAM ĐOAN Để hồn thành đề tài em có tham khảo số tài liệu liên quan đến thiết kế hệ thống quản lý trạm cân tự động kết hợp camera quan sát Em xin cam đoan đồ án em thực hiện, số liệu kết nghiên cứu đề tài trung thực Mọi giúp đỡ cho báo cáo cảm ơn thơng tin trích dẫn báo cáo ghi nguồn gốc rõ ràng Hà Nội, ngày 15 tháng năm 2021 Tác giả đồ án Trần Ngọc i LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn chân thành tới Ban giám đốc Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Ban chủ nhiệm khoa Cơ – Điện, tồn thể thầy, giáo tận tình dạy dỗ, giúp đỡ em thời suốt q trình học tập trường Học viện Nơng nghiệp Việt Nam Xin cảm ơn thầy cô trực tiếp giảng dạy em thầy cô gián tiếp giúp đỡ em trình tìm kiếm tài liệu cho việc thực đồ án tốt nghiệp Đặc biệt em xin trân trọng cảm ơn cô Đặng Thúy Huyền– người tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu truyền đạt nhiều ý kiến thiết thực suốt trình thực đồ án Những kinh nghiệm quý báu mà thầy truyền đạt hành trang vững giúp em tự tin nghề nghiệp sau Xin cảm ơn gia đình bạn bè ủng hộ, động viên, giúp đỡ em vượt qua khó khăn suốt thời gian vừa qua để em hồn thành nhiệm vụ học tập đồ án tốt nghiệp cách tốt Mặc dù có nhiều cố gắng với kiến thức hạn hẹp thời gian tiếp xúc với thực tế chưa nhiều, báo cáo đồ án em khơng thể tránh khỏi nhiều thiếu sót Em mong có ý kiến đóng góp chân thành thầy cô bạn kiến thức báo cáo hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày 15 tháng năm 2021 Sinh viên Trần Ngọc Nhất ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC III DANH MỤC BẢNG VII DANH MỤC HÌNH ẢNH VIII MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục đích nghiên cứu đề tài Đối tượng nghiên cứu Nội dung phương pháp nghiên cứu .2 4.1 Nội dung 4.2 Phương pháp nghiên cứu Giới hạn đề tài Thời gian địa điểm thực CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan trạm cân tự động 1.1.1 Nhu cầu sử dụng hệ thống quản lý trạm cân tự động .3 1.1.2 Một số ứng dụng trạm cân tự động 1.2 Các thành phần có trạm cân .5 iii 1.2.1 Bàn cân điện tử 1.2.2 Đầu hiển thị cân điện tử 1.2.3 Bộ phận cảm biến lực (Loadcell) 1.2.4 Hộp nối tín hiệu loadcell đầu cân 1.2.5 Màn hình hiển thị phụ 1.2.6 Bộ phận hỗ trợ phụ thêm 1.3 Một số hệ thống quản lý trạm cân tự động thực tế nước 1.3.1 Trên giới 1.3.2 Tại Việt Nam 11 1.4 Kết luận chương 13 CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14 2.1 Yêu cầu thiết kế .14 2.2 Sơ đồ tổng quát hệ thống 14 2.2.1 Khối điều khiển 15 2.2.2 Khối xử lý trung tâm 16 2.2.3 Bộ phận cân 16 2.2.4 Khối hiển thị 17 2.2.5 Khối vào/ra 17 2.1 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống 18 2.1.1 Arduino Uno R3 18 2.3.2 Camera Logitech c270 19 2.3.3 Cảm biến tiệm cận 20 2.1.2 Cảm biến Loadcell 21 2.1.3 Màn hình hiển thị LCD 25 2.1.4 Động servo 27 2.2 Thiết kế mạch 30 2.3 Phần mềm thiết kế khí 33 2.3.1 Phần mềm solidword 33 2.3.2 Phần mềm lập trình arduino IDE 35 iv 2.4 Lưu đồ thuật toán điều khiển 37 2.5 Kết luận chương 39 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .40 3.1 Mô hệ thống trạm cân solidworks .40 3.2 Xây dựng mơ hình thực nghiệm 40 3.3 Xây dựng chương trình cho hệ thống trạm cân tự động 44 3.3.1 Các bước xây dựng hệ thống C# 44 3.4 Giao diện hoạt động hệ thống 46 3.5 Kết đạt .47 3.6 Kết chưa đạt .48 3.7 Đánh giá 48 3.8 Kết luận chương 48 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 .50 v DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH ẢNH vii MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Ngày nay, mà khoa học kĩ thuật công nghệ ngày phát triển, người ta ln tìm tịi nghiên cứu để xây dựng hệ thống vừa tự động hóa vừa đại hóa, giúp cho cơng việc người đơn giản hơn, nhẹ nhàng hơn, góp phần nâng cao chất lượng đời sống, xã hội Thơng qua tìm hiểu, em biết nhà máy, khu sản xuất, chế biến ví dụ sản xuất thức ăn chăn ni ngày có đến hàng chục, hàng trăm xe container chuyển chở nguyên vật liệu xuất vào nhà máy Tại chúng đưa đến trạm cân, tiến hàng cân người quản lý ghi lại số liệu để làm toán Đa phần thao tác xử lý tác động người nên dễ xảy tình trạng gian lận chủ xe người quản lý số liệu gây thiệt hại lớn cho doanh nghiệp Chưa kể đến việc xử lý thủ cơng cịn nhiều thời gian nhân lực, việc ngày xử lý số liệu nhiều xe dễ gây mệt mỏi xảy sai sót việc quan sát ghi chép lại Câu hỏi đặt việc cân lấy số liệu diễn tự động tất thông qua máy móc đảm bảo tính minh bạch, chống thất tài sản cơng ty, đồng thời công việc xử lý linh hoạt, tiết kiệm thời gian xác hơn, giảm thiểu nhân cơng q trình Với hấp dẫn tốn thách thức cịn phía trước, với niềm đam mê cơng nghệ đại ứng dụng thực tế tuyệt vời với khát khao khám phá chinh phục tri thức mẻ, em chọn đề tài: “Thiết kế, chế tạo mơ hình trạm cân tự động” làm đề tài nghiên cứu bảo vệ đồ án tốt nghiệp đại học Trong báo cáo này, em tập trung vào xây dựng phát triển mô hình, phần cứng hệ thống trạm cân tự động có camera giám sát Mục đích nghiên cứu đề tài Xây dựng hệ thống quản lý trạm cân tự động có camera giám sát giúp xử lý cơng việc cân nhà máy, khu sản xuất nhanh hơn, xác hơn, đảm bảo tính minh bạch, chống gian lận gây thiệt hại cho doanh nghiệp Đối tượng nghiên cứu • Các trạm cân nhà máy, xí nghiệp, cơng trường • Các thiết bị phục vụ cho hệ thống trạm cân tự động, camera giám sát Nội dung phương pháp nghiên cứu 4.1 Nội dung Chương 1: Tổng quan đề tài Chương 2: Nội dung phương pháp nghiên cứu Chương 3: Kết thảo luận 4.2 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp tham khảo tài liệu : • Bằng cách thu thập thơng tin từ sách, tạp chí điện tử truy cập internet • Tham khảo hệ thống có thực tế Giới hạn đề tài Do hạn chế kinh phí đầu tư hiểu biết thân hạn hẹp nên thiết bị lựa chọn chưa tối ưu Tuy nhiên mơ hình thiết kế trạm cân tự động có camera giám sát cần đảm bảo đầy đủ yếu tố sau: • Hệ thống cân đo xác • Màn hình phụ trợ hiển thị số lượng cân • Camera giám sát lấy hình ảnh biển số xe Thời gian địa điểm thực - Thời gian: Từ tháng 1/2021 đến 9/2021 - Địa điểm: Học viện Nơng nghiệp Việt Nam Hình 17 Phần mềm arduino IDE 2.3.2.1 Phần mềm lập trình mã nguồn mở miễn phí IDE Arduino IDE phần có nghĩa mã nguồn mở, nghĩa phần mềm miễn phí phần tải lẫn phần quyền: Người dùng có quyền sửa đổi, cải tiến, phát triển, nâng cấp theo số nguyên tắc chung nhà phát hành cho phép mà không cần xin phép ai, điều mà họ không phép làm phần mềm nguồn đóng Tuy phần mềm mã nguồn mở khả bảo mật thông tin Arduino IDE vô tuyệt vời, phát lỗi nhà phát hành vá cập nhật nhanh khiến thông tin người dùng không bị rị rỉ bên ngồi 2.3.2.2 Hỗ trợ lập trình tốt cho bo mạch Arduino Arduino có module quản lý bo mạch, nơi người dùng chọn bo mạch mà họ muốn làm việc thay đổi bo mạch thơng qua Menu Q trình sửa đổi lựa chọn liên tục tự động cập nhật để liệu có sẵn bo mạch liệu sửa đổi đồng với Bên cạnh đó, Arduino IDE giúp bạn tìm lỗi từ code mà bạn biết giúp bạn sửa lỗi kịp thời tránh tình trạng bo mạch Arduino làm việc với code lỗi lâu dẫn đến hư hỏng tốc độ xử lý bị giảm sút 36 2.3.2.3 Thư viện hỗ trợ phong phú Arduino IDE tích hợp với 700 thư viện, viết chia sẻ nhà phát hành Arduino Software thành viên cộng đồng Arduino Mọi người tận dụng chúng cho dự án riêng mà khơng cần phải bỏ chi phí 2.3.2.4 Giao diện đơn giản, dễ sử dụng Arduino IDE có giao diện đơn giản, dễ sử dụng giúp người dùng thuận tiện thao tác Dưới số tính bật thường sử dụng: • Nút kiểm tra chương trình (Verify): giúp dị lỗi phần code định truyền xuống bo mạch Arduino • Nút tải đoạn code vào bo mạch Arduino (Upload): giúp nhập đoạn code vào bo mạch Arduino • Vùng lập trình: người dùng viết chương trình khu vực • Thanh Menu: gồm thẻ chức nằm File, Edit, Sketch, Tools, Help thơng dụng có hầu hết chương trình nhập code khác 2.3.2.5 Hỗ trợ đa tảng Windows, MacOS, Linux Arduino IDE hoạt động hệ điều hành phổ biến Windows, Mac OS Linux giúp người dùng truy cập vào phần mềm đâu, miễn họ có máy tính Ngồi ra, người dùng truy cập vào công cụ từ đám mây Điều cho phép nhà lập trình lựa chọn tạo lưu dự án đám mây xây dựng chương trình máy tính upload lên bo mạch Arduino 2.4Lưu đồ thuật toán điều khiển Trong lưu đồ có sử dụng biến: - SensorIn: Cảm biến phát xe đầu vào - SensorScale: Cảm biến phát xe lên bàn cân - SensorOut: Cảm biến phát xe đầu 37 38 - Biến bienSo biến CanNang dùng để lưu biển số cân nặng - BarierIN, BarierOut biểu thị Barier đầu vào đầu trạm cân Giải thích sơ đồ: Bước 1: Cảm biến SensorIn phát xe vào, Mở barrierIN Bước 2: Xe lên bàn cân, Cảm biến SensorScale =1, phát xe bàn cân Bước 3: khởi động loadcell, thực cân xe Bước 4: Gừi tín hiệu cân qua cổng serial lên máy tính Bước 5: Phần mềm điều khiển nhận tín hiệu cân nặng, bắt đầu đọc tín hiệu biển số Bước 6: Gửi tín hiệu biển số sang điều khiển trạm cân Bước 7: Bộ điều khiển nhận tín hiệu biển số Bước Bộ điều khiển thị thông tin biển số cân nặng trạm cân Bước Cảm biến SensorOut có tín hiệu, thực mở barier Bước 10 : Chờ phút Đóng barierOut Bước 11 Kết thúc 2.5Kết luận chương Như kết thúc chương 2, ta xác định yêu cầu thiết kế hệ thống xây dựng sơ đồ công nghệ hệ thống trạm cân tự động Từ lựa chọn thiết bị phù hợp tính tốn thiết kế cho hệ thống Trong chương 3, ta quan sát kết thiết kế hệ thống kiểm tra độ xác hoạt động hệ thống trạm cân 39 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1Mô hệ thống trạm cân solidworks Hình Mơ hệ thống solidwwork Bảng Bảng tổng hợp chi tiết có hệ thống STT Tên chi tiết Tấm đỡ Bàn cân Cảm biến Gá cảm biến Động server Tay gạt Camera Gá ngang camera Gá đứng camera Số lượng 1 3 2 1 Vật liệu Nhôm nhựa Nhôm nhựa nhôm Nhựa Nhôm Nhôm 3.2Xây dựng mơ hình thực nghiệm Sau tính tốn, lựa chọn dựa tình hình kinh tế nhóm, chúng em xây dựng mơ hình trạm cân tự động hình 40 Hình Mơ hình trạm cân tự động Phần cứng hệ thống gồm thành phần sau đây: • Hệ thống cửa vào/ra barie tự động: Hệ thống bao gồm gạt barie động servo điều khiển gạt, kết hợp với cảm biến tiệm cận phát xe vào, để điều khiển đóng, mở barie cho phép xe qua hệ thống • Bàn cân điện tử: thực cân khối lượng xe • Camera: thực chụp ảnh biển số xe gửi liệu máy tính phân tích xử lý • Hệ thống máy tính: thực nhận dạng, trích xuất thơng tin biển số, khối lượng cân, thời gian cân đưa hình hiển thị giao diện • Xe: đối tượng xử lý Bảng Các thiết bị có mơ hình trạm cân tự động STT Tên thiết bị Bàn cân Hình ảnh 41 Barier cho xe Cảm biến phát xe Cảm biến phát xe lên trạm cân Màn hình hiển thị thơng tin cân nặng, biển số Barier đầu vào Camera đọc biển số 42 Cảm biến phát xe vào Mạch arduino dùng hệ thống Hoạt động: • Xe tới cửa vào, cảm biến phát xe vào nhận diện làm barier đầu vào mở, cho phép xe chạy vào bàn cân thực cân • Tại bàn cân có cảm biến phát xe bàn cân, lúc camera thực chụp biển số xe • Quá trình cân đọc biển số xử lý đưa hình hiển thị LED • Sau đó, xe tới cửa ra, cảm biến cửa phát hiện, barier cửa mở xe Hình 3 Kết hiển thị hình LED 43 3.3Xây dựng chương trình cho hệ thống trạm cân tự động 3.3.1 Các bước xây dựng hệ thống C# Các bước thiết kế giao diện C# thực sau: Bước 1: Vào Visual Studio tạo Project Hình Tạo project Bước 2: Chọn Winform (application) để tạo ứng dụng cho chương trình Hình Chọn Windows Form App(.NET Framework) Bước 3: Đặt tên cho ứng dụng vị trí lưu 44 Hình Khởi tạo thông tin app Bước 4: Vào giao diện thiết kế visual studio Hình Giao diện với 1-ToolBox, 2-Giao diện chính, 3-Thơng tin quản lý giao diện Bước 5: Bắt đầu nạp code cho ứng dụng 45 Hình Giao diện viết code cho ứng dụng 3.4Giao diện hoạt động hệ thống Giao diện hệ thống trạm cân tự động thiết kế dựa tiêu chí đơn giản, dễ sử dụng mà đáp ứng đầy đủ thông tin cần cung cấp, hiển thị Giao diện hệ thống quản lý trạm cân tự động chia làm vùng hình 3.1 đây: • Vùng thứ nhất: nơi chứa nút khởi tạo điều khiển hệ thống như: mở ảnh, mở camera, thơng tin, ngắt kết nối • Vùng thứ hai: vùng trung tâm, nơi hiển thị ảnh hay phần camera chiếu tới • Vùng thứ ba: Ở phía vùng hiển thị vùng thơng báo kết trích xuất thơng tin biển số xe khối lượng cân • Vùng thứ tư: vùng thông tin, nơi hiển thị thông báo kết nối trạm cân thành công thông tin chi tiết ngày, giờ, số xe số cân Các bước thực hiện: Bước 1: Mở ứng dụng, kết nối với trạm cân đợi hình hiển thị thơng báo kết nối thành công Bước 2: Mở camera để tiến hành nhận diện biển số cân trực tiếp (hoặc mở ảnh muốn đọc biển số xe) Bước 3: Đưa xe qua barrier cửa vào 46 Hình Giao diện hệ thống trạm cân tự động Hình 10 Hiển thị kết biển số kết cân Bước 4: Khi xe vào vùng kiểm tra, chọn thông tin để thu kết biển số cân hình chi tiết thời gian, ngày giờ, số xe, cân nặng hiển thị mục thơng tin giao diện Hình 3.7 hình biểu diễn kết chạy thử nghiệm hệ thống trạm cân tự động cho phép xuất ngày, giờ, số xe số cân xe 3.5Kết đạt - Thiết kế hoàn thiện hệ thống trạm cân tự động đảm bảo yêu cầu đề 47 - Có thêm nhiều hiểu biết hệ thống trạm cân tự động, cách thức tính tốn, phương pháp lựa chọn thiết bị tính tốn - Tạo sản phẩm có tính thiết thực ứng dụng cao - Rèn luyện kỹ tìm kiếm thơng tin, phân tích, tự nghiên cứu - Có thêm kỹ trình bày, biểu đạt báo cáo nghiên cứu khoa học 3.6Kết chưa đạt - Do điều kiện không cho phép nên sản phẩm dừng lại mơ hình thực nghiệm - Tính thẩm mĩ chưa cao 3.7Đánh giá - Về hệ thống đáp ứng đầy đủ thiết bị, thành phần sử dụng - Hệ thống hoạt động tương đối xác 3.8Kết luận chương Kết thúc chương 3, ta hoàn thiện hệ thống trạm cân tự động Tiến hành kiểm tra, chạy hệ thống đạt độ xác đảm bảo yêu cầu toán Từ ta có đánh giá định, trực quan hệ thống để xác định hướng phát triển cho đề tài sau 48 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ • Kết luận Thiết kế hệ thống trạm cân tự động đề tài thú vị mang tính thực tiễn cao Với nhu cầu phát triển sản xuất, tiêu thụ hàng hóa khối lượng lớn ngày phát triển, tự động hóa sản xuất quy mơ lớn tăng cao việc sử dụng trạm cân tự động vô cần thiết Hệ thống khơng cung cấp xác tải trọng xe mà cịn tự động trích xuất xác thời gian ngày, cân, thông tin biển số xe tải trọng xe giúp khâu xử lý khối lượng cân diễn xác, nhanh chóng minh bạch hơn, đồng thời góp phẩn giảm thiểu nhân lực tăng suất, hiệu cơng việc • Kiến nghị Với điều kiện kinh tế eo hẹp, kiến thức nhiều hạn chế thời gian thực đề tài gấp rút nên mơ hình trạm cân em cịn nhiều thiếu sót, đặc biệt tính thẩm mĩ khả tối ưu Trong tương lai, em mong muốn tiếp tục cải thiện mơ hình ngày hồn thiện để ứng dụng vào thực tế nhiều lĩnh vực khác Trong trình thực đồ án em gặp khơng khó khăn việc cài đặt thiết bị, lên ý tưởng thực hiện…nhưng với nhiệt tình giúp đỡ sinh viên Đặng Thúy Huyền, em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô thầy cô ban hội đồng hướng dẫn tạo điều kiện cho em hoàn thiện đồ án cách tốt 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Văn Địch, “Công nghệ chế tạo máy”, Nhà xuất khoa học kĩ thuật Phạm Quang Huy, “Lập trình điều khiển với arduino”, Nhà xuất khoa học kĩ thuật http://matthan.online/phan-mem-can-tu-dong-mat-than-va-nhung-loi-ich-thietthuc-it-ai-biet-den https://sites.google.com/site/vatlieuck/software/solidwork -cong-cu-ve-3d-danhcho-dan-co-khi-va-do-hoa https://hourofcode.vn/lap-trinh-arduino-gioi-thieu-giao-dien-arduino-ide/ 50 ... vật cân cân Trong hệ thống cân điện tử thiết bị đầu cân điện tử điều khiển trung tâm Khơng đóng vai trị hình hiển thị số, chi tiết kết trọng lượng vật cần cân, đầu cân điện tử thiết kế, chế tạo. .. Nhựa Nhôm Nhôm 3.2Xây dựng mơ hình thực nghiệm Sau tính tốn, lựa chọn dựa tình hình kinh tế nhóm, chúng em xây dựng mơ hình trạm cân tự động hình 40 Hình Mơ hình trạm cân tự động Phần cứng hệ thống... gian cân đưa hình hiển thị giao diện • Xe: đối tượng xử lý Bảng Các thiết bị có mơ hình trạm cân tự động STT Tên thiết bị Bàn cân Hình ảnh 41 Barier cho xe Cảm biến phát xe Cảm biến phát xe lên trạm