TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỀ TÀI XÂY DỰNG HỀ THỐNG ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG CẢM BIẾN QUANG Giáo viên hướng dẫn TS Nguyễn Anh Tú Nhóm sinh viên thực hiệ.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ - - ĐỒ ÁN ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG HỀ THỐNG ĐẾM SẢN PHẨM SỬ DỤNG CẢM BIẾN QUANG Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Anh Tú Nhóm sinh viên thực hiện: Hà Nội - Năm 2021- MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Phương pháp, phạm vi giới hạn nghiên cứu .2 1.2.1 Phương pháp 1.2.2 Phạm vi đề tài giới hạn nghiên cứu 1.3 Ý nghĩa thực tiễn 1.3.1 Ý nghĩa đề tài nhóm .3 1.3.2 Ứng dụng thực tiễn CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG 2.1 Thiết kế sơ đồ hệ thống 2.2 Phân tích lựa chọn cảm biến 2.2.1 Nguyên lý làm việc 2.2.2 Các loại cảm phù hợp với nhiệm vụ đếm sản phẩm 2.2.3 Lựa chọn cảm biến 2.3 Phân tích lựa chọn vi điều khiển 2.3.1 Arduino Uno R3 2.3.2 Màn hình LCD 12 2.3.3 Module I2C 12 2.3.4 IC số 74HC11 13 2.3.5 Băng tải mini 13 2.3.6 Giới thiệu module L298 14 2.3.7 Giới thiệu Servo SG90 15 2.4 Thiết kế mạch đo xử lý tín hiệu .16 CHƯƠNG CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM 17 3.1 Mơ hình hóa mơ phân khí 17 3.1.1 Mơ hình tổng thể 17 3.1.2 Các cụm chi tiết .18 3.2 Mơ hình hóa mơ phận điện tử 19 3.3 Xây dựng chương trình điều khiển .20 3.4 Thử nghiệm đánh giá kết mô 21 3.4.1 Mô hệ thống phần mềm Proteus 21 3.4.2 Đánh giá kết 22 KẾT LUẬN .23 Tài Liệu THAM KHẢO 24 PHỤ LỤC 25 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 sơ đồ hệ thống Hình 2.2 Cảm biến quang thu phát độc lập Hình 2.3 Cảm biến quang gương phản xạ Hình 2.4 Cảm biến hồng ngoại Hình 2.5 Cảm biến hồng ngoại thu phát Hình 2.6 cấu tạo cảm biến hồng ngoại Hình 2.7 Module 8051 Hình 2.8 Vi điều khiển PIC18F4520 Hình 2.9 Vi điều khiển PIC16F877A Hình 2.10 Arduino Uno R3 .10 Hình 2.11 Màn hình LCD 12 Hình 2.12 Module I2C 12 Hình 2.13 IC số 74HC11 13 Hình 2.14 Băng tải mini 13 Hình 2.15 Module L298 14 Hình 2.16 Servo SG90 15 Hình 2.17 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 16 Hình 3.1 Mơ hệ thống Solidworks 17 Hình 3.2 Các phận điện tử 19 Hình 3.3 Kết mô 21 Hình 3.4 Kết mơ 21 Hình 3.5 Kết mô 22 I Thông tin chung Tên lớp: CĐT Tên nhóm: Nhóm Họ tên thành viên: Khóa: 14 Nguyễn Thành An (2019603570) Cảnh Chi Đạt (2019603176) Phạm Hải Dương (2019603012) II Nội dung học tập Tên chủ đề: Xây dựng hệ thống đếm sản phẩm sử dụng cảm biến quang Hoạt động sinh viên - Nội dung 1: Tổng quan hệ thống (L1.1) - Nội dung 2: Xây dựng mơ hình hệ thống (L1.1; L1.2) - Nội dung 3: Chế tạo thử nghiệm hệ thống (L2.1) - Nội dung 4: Viết báo cáo Sản phẩm nghiên cứu: Mơ hình sản phẩm báo cáo thu hoạch III Nhiệm vụ học tập Hoàn thành đồ án theo thời gian quy định (từ ngày 13/09/2021 đến ngày 26/12/2021) Báo cáo nội dung nghiên cứu theo chủ đề giao trước hội đồng đánh giá IV Học liệu thực đồ án Tài liệu học tập: Giáo trình mơn học Cảm biến hệ thống đo, vi điều Phương tiện, nguyên liệu thực đồ án: Máy tính, linh kiện dụng khiển cụ điện tử theo nhu cầu sử dụng KHOA TS Nguyễn Văn Thiện GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TS Nguyễn Anh Tú PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHĨM MƠ TẢ KỸ THUẬT Mơ tả nhiệm vụ cơng nghệ Hệ thống có khả năng: - Đếm sản phẩm chạy băng tải cách sử dụng cảm biến quang - Hiển thị số lượng sản phẩm đếm theo thời gian thực LCD Cấu trúc thiết bị Thiết bị Loại sử dụng Cảm biến đo nhiệt độ lò ấp Cảm biến quang phát xạ Bộ điều khiển Vi điều khiển Hiện thị nhiệt độ tức thời LCD Tín hiệu cảnh báo Trên LCD/ Đèn/Cịi Đặc tính kỹ thuật Thơng số Tần số làm việc cảm biến Giá trị >50Hz Nội dung báo cáo - Bản vẽ T Tên vẽ Khổ giấy Số lượng Bản vẽ sơ đồ hệ thống A3 Lưu đồ thuật toán điều khiển hệ A3 T thống - Báo cáo: Trình bày khổ giấy A4 theo quy định Chương Tổng quan hệ thống 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Các yêu cầu 1.3 Phương pháp, phạm vi giới hạn nghiên cứu 1.4 Ý nghĩa thực tiễn Chương Xây dựng mơ hình hệ thống 2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 2.2 Phân tích lựa chọn cảm biến 2.3 Phân tích lựa chọn điều khiển 2.4 Thiết kế mạch đo xử lý tín hiệu 2.5 Mơ hình hóa mơ hệ thống (Nếu có) Chương 3: Chế tạo thử nghiệm hệ thống 3.1 Mơ hình hóa mơ hệ thống khí 3.2 Mơ hình hóa mơ hệ thống điện - điện tử 3.3 Xây dựng chương trình điều khiển Kết Luận LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay, khái niệm kỳ thuật số trở thành quen thuộc với nhiều người, phát triển ngành kỹ thuật số có ảnh hưởng lớn đến ngành kinh tế tồn cầu Có người nêu lên ý tưởng gọi kinh tế “nền kinh tế kỹ thuật số”, “số hóa” gần vượt khỏi ránh giới m ột thuật ngữ ký thuật Nhờ có ưu điểm xử lý số độ tin cậy truyền dẫn, tính đa thích nghi kinh té nhiều phần mềm khác nhau, tính tiện lợi tring điều khiển khai thác mạng Hiện thời đại khoa học kỹ thuật phát triển, nhà máy xí nghiệp sản xuất sản phẩm băng chuyền đại, sản phẩm xuất nhanh nhiều việc đếm xem có sản phẩm hồn tất xuất từ băng chuyền cuối người cơng nhân khó thực xác Vì mạch đếm sản phẩm giúp ta kiểm soát sản lượng cho băng chuyền Không vậy, hệ thống đếm sản phẩm giúp người lao động bớt phần mệt nhọc chân tay mà cho phép tang hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo độ xác cao Với lý đề tài “đếm sản phẩm kết hợp phân loại sản phẩm theo chiều cao sử dụng cảm biến tiện cận ” TS Nguyễn Anh Tú hướng dẫn đời CHƯƠNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG Giới thiệu chung Công nghệ ngày phát triển kéo theo hàng loạt máy móc thiết bị cơng ty phát triển Song song với phát triển máy móc, thiết bị vi xử lý cơng nghệ cảm biến tạo cách mạng đảm nhiệm chức thay cho người quy trình cơng nghiệp dân dụng địi hỏi xác, tốc độ khả làm việc liên tục mà người khơng làm Ở xí nghiệp sản xuất nhà máy, thấy nhiều khâu tự động hóa q trình sản xuất Một khâu đơn giản dây chuyền sản xuất tự động hóa số lượng sản phẩm làm đếm cách tự động Tuy nhiên doanh nghiệp vừa nhỏ việc tự động hóa chưa áp dụng khâu đếm sản phẩm, đóng bao bì mà cịn sử dụng nhân cơng Một số sản phẩm q trình sản mắc sai sót chiều dài cần phải kiểm tra chiều cao Trong đề tài nhóm chúng em kết hợp việc đếm sản phẩm kết hợp với phân loại theo chiều cao Hệ thống sử dụng cảm biến tiệm cận, cách bố chí cảm biến có độ cao khác ta phân loại phôi theo chiều cao chúng 1.2 Phương pháp, phạm vi giới hạn nghiên cứu 1.2.1 Phương pháp Phương pháp lý thuyết: + Nghiên cứu nguyên lý hoạt động cảm biến tiệm cận thông qua tài liệu internet + Tìm hiểu mạch điều khiển, mô Proteus cách kết nối với máy tính + Đưa ý tưởng thông số giá trị hiển thị LCD, LED + Đề xuất nghiên cứu linh kiện có mạch linh kiện bảo vệ + Mô mạch ứng dụng Proteus Phương pháp thực nghiệm + Dựa tham khảo vào mơ hình tham khảo Internet để cải tiến thiết kế mục đích sử dụng 1.2.2 Phạm vi đề tài giới hạn nghiên cứu - 1.3 Cảm biến phát vật khoảng cách 80-100cm Hệ thống phân loại loại hàng, loại 1, loại 2, lỗi Hệ thống hiển thị sản phẩm đếm lên LCD/ LED Hệ thống sử dụng ngơn ngữ C/C++ để lập trình Ý nghĩa thực tiễn 1.3.1 Ý nghĩa đề tài nhóm Sau hồn thành đề tài nhóm học kỹ sau: Biết cách đo xử lý tín hiệu cảm biến biến trở xoay số cảm biến có đầu tín hiệu analog khác Biết cách sử dụng phần mềm để biên dịch nạp chương trình cho vi xử lý Biết cách sử dụng số phần mềm mô Proteus 1.3.2 Ứng dụng thực tiễn Hệ thống giúp tự động hóa việc đếm sản phẩm, từ giảm chi phí th nhân cơng, tăng suất ngồi cảm biến tiệm cận cịn có nhiều ứng dụng khác như: - Giám sát cửa vào Giám sát cửa thang máy 2.4 Thiết kế mạch đo xử lý tín hiệu Xử lý tín hiệu: Hình 2.17 Sơ đồ nguyên lý hệ thống Cảm biến bố trí có độ cao khác đường di chuyển phôi Các cảm biến bố trí có độ cao giảm dần cho hàng cao phát trước cảm biến phát hàng biến đếm tương ứng tăng lên đơn vị Để đơn giản hóa sơ đồ ta dùng nút nhấn thay cho cảm biến tiệm cận Vì cảm biến tạo tín hiệu giống với nút nhấn nhấn nhả 16 CHƯƠNG 3.1 CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM Mơ hình hóa mơ phân khí 3.1.1 Mơ hình tổng thể Hình 3.18 Mơ hệ thống Solidworks Các thiết bị ảnh: - Động : kéo băng tải hoạt động - Cảm biến hồng ngoại thu phát: gá với chiều cao khác giúp - phát phơi có chiều cao khác Động Servo: Gạt hàng khỏi băng tải Khung hệ thống: giúp nâng đỡ phận lại Mô tả hoạt động hệ thống: Sản phẩm dọc băng tải Khi sản phẩm chạm cảm biến đầu tiên, servo đẩy hàng khỏi băng tải Nếu sản phẩm thấp cảm biến hàng tiếp tục di chuyển đến vị trí cảm biến chạm cảm biến servo đẩy hàng ra, khơng chạm tiếp đến hết băng tải Khi hàng chạm cảm biến thứ tăng biến đếm hàng lỗi lên đơn vị 17 3.1.2 Các cụm chi tiết STT Thông số Băng tải tích hợp động Hình ảnh - Dài 40cm - Rộng 15cm - Cao 20cm Màn hình LCD - Dài 7cm - Rộng 4cm Cảm biến quang thu phát giá đỡ Gồm cảm biến gá có chiều cao là: - 10cm - 8cm - 4cm 18 3.2 Mơ hình hóa mô phận điện tử 3.198.10 Cácđể bộmô phận điện tửbộ phận điện tử Nhóm sử dụng phần mềmHình proteus hình hóa Do cảm biến quang trả tín hiệu số với giá trị lên nhóm sử dụng nút nhấn CBHN1, CBHN2, CBHN3 cảm biến quang thu phát để phát hàng qua Các nút nhấn TANGTOC GIAMTOC để điều chỉnh tốc độ băng tải, nút RESET để reset liệu hệ thống 19 3.3 Xây dựng chương trình điều khiển Lưu đồ hệ thống: START Khởi tạo chân ghi Chạy băng tải S Hàng chạm cảm biến Đ S Hàng chạm cảm biến Servo gạt hàng Đ Servo gạt hàng END 20 Hàng chạm cảm biến số lượng hàng loại tăng 3.4 Thử nghiệm đánh giá kết mô 3.4.1 Mô hệ thống phần mềm Proteus Link video mô phỏng: https://www.youtube.com/watch?v=b_Kn4eIFp34 Đếm hàng loại 1: Đếm hàng loại 2: Hình 3.20 Kết mơ Hình 3.21 Kết mơ 21 Đếm hàng lỗi: 3.4.2 Đánh giá kết Hình 3.22 Kết mơ Ưu điểm: - Hệ thống đếm xác số hàng - Tốc độ phản hồi nhanh - Các cấu chấp hành hoạt động theo mong muốn Nhược điểm: - Do mô phần mềm nên chưa thể đánh giá nhiễu hệ thống - Màn hình LCD bị nhấp nháy tốc độ quét chương trình chưa cao 22 KẾT LUẬN Do dịch bệnh Covid-19 kiến thức thực tiễn hạn chế nên nhóm gặp nhiều khó khăn q trình thiết kế, tính tốn điều khiển Từ nội dung mà nhóm tìm hiểu q trình nghiên cứu, nhóm đồ án rút số kết luận sau: - Thiết kế khí: Nhóm đồ án hồn thành số cơng việc sau: - Đã sử dụng phần mềm mô hình hóa như: Inventor để mơ hình hóa vẽ sản phẩm cuối - Tạo khung để gắn cảm biến điều khiển (Arduino) - Thiết kế điều khiển: - Hình dung hệ thống mạch điều khiển, module giao tiếp, cấu chấp hành với nguồn lượng để tạo thành hệ thống hoạt động ổn định - Thiết kế mạch điều khiển sử dụng Arduino UNO R3 Hạn chế hướng phát triển: - Trong suốt trình thực đồ án Đo lường điều khiển, nhóm đồ án cố gắng để học tập nghiên cứu, tính tốn thiết kế mơ hình hóa hệ thống đếm sản phẩm sử dụng cảm biến quang Tuy nhiên trình tìm hiểu kinh nghiệm thực tế, kiến thức chun mơn nhóm cịn có khó khăn, hạn chế định Do cịn yếu khả Tiếng Anh nên nhiều tài liệu Tiếng Anh nhóm dịch cịn nhiều lỗi sai Sau q trình nghiên cứu thực nhóm hồn thành sản phẩm hoạt động Do kiến thức cịn hạn chế nên đồ án chưa hồn tồn tối ưu hiệu Chúng em mong muốn nhận góp ý từ thầy bạn để chúng em hoàn thiện sản phẩm 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Arduino https://store.arduino.cc/usa/arduino-uno-rev3 [2] Lê Văn Doanh , et al Các cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển Hà Nội [3] Lê Ngọc Duy, Bùi Thanh Lâm Nhữ Quý Thơ Giáo trình cảm biến hệ thống đo Hà Nội [4].Phạm Quang Huy and Lê Cảnh Trung Lập trình điều khiển với Arduino [5] Vũ Trung Kiên Giáo trình vi điều khiển 24 PHỤ LỤC Code hệ thống: #include"Wire.h" #include ; LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); #define ngat0 #define h8cm #define h6cm #define h4cm #define resert #define tang 12 #define giam 13 #define BT 11 #define ngat1 #define servo1 #define servo2 10 int demhang8=0; int demhang6=0; int demhang4=0; int tong; int x=155; int pos; void ngat(); void dieutoc(); void setup() 25 { pinMode(ngat0,INPUT_PULLUP); pinMode(h8cm,INPUT_PULLUP); pinMode(h6cm,INPUT_PULLUP); pinMode(h4cm,INPUT_PULLUP); pinMode(ngat1,INPUT_PULLUP); pinMode(resert,INPUT_PULLUP); pinMode(tang,INPUT_PULLUP); pinMode(giam,INPUT_PULLUP); pinMode(servo1,OUTPUT); pinMode(servo2,OUTPUT); attachInterrupt(0,ngat,FALLING); attachInterrupt(1,dieutoc,FALLING); lcd.init(); //Khởi động hình Bắt đầu cho phép Arduino sử dụng hình lcd.backlight(); //Bật đèn lcd.setCursor(0,0); lcd.print("khoa co khi"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("co dien tu k14"); delay(500); lcd.clear(); analogWrite(BT,x); } void hienthi(); void loop() 26 { // put your main code here, to run repeatedly: hienthi(); } void hienthi() { tong=demhang8+demhang6+demhang4; lcd.setCursor(0,0); lcd.print("L1:"); lcd.setCursor(6,0); lcd.print(demhang8); lcd.setCursor(9,0); lcd.print("L2:"); lcd.setCursor(13,0); lcd.print(demhang6); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("PP:"); lcd.setCursor(5,1); lcd.print(demhang4); lcd.setCursor(8,1); lcd.print("tong:"); lcd.setCursor(14,1); lcd.print(tong); delay(200); lcd.clear(); 27 } void dieutoc() { delay(200); if(!digitalRead(resert)) { x=155; demhang4=0; demhang6=0; demhang8=0; } else if(!digitalRead(tang)) x=x+20; else if(!digitalRead(giam)) x=x-20; if(x255)x=255; analogWrite(BT,x); } void ngat() { if(!digitalRead(h8cm)) { demhang8++; analogWrite(servo1,250); 28 while(!digitalRead(h8cm));// đợi hàng bị gạt delay(5000); for(int pos = 250; pos >0; pos -= 1) // cho servo quay từ 0->179 độ { // bước vòng lặp tăng độ analogWrite(servo1,pos); delay(20); // đợi 15 ms cho servo quay đến góc tới bước } } else if(!digitalRead(h6cm)) { demhang6++; analogWrite(servo2,250); while(!digitalRead(h6cm)); delay(5000); for(int pos = 250; pos >0; pos -= 1) // cho servo quay từ 0->179 độ { // bước vòng lặp tăng độ analogWrite(servo2,pos); delay(20); // đợi 15 ms cho servo quay đến góc tới bước } } else demhang4++; } 29 ... vị Để phân loại sản phẩm theo chiều cao, ta bố chí cảm biến tiệm cận, với chiều cao phù hợp với loại sản phẩm, dựa vào việc kiểm tra cảm biến bắt vật ta biết độ cao sản phẩm 2.2.2 Các loại cảm... tra chiều cao Trong đề tài nhóm chúng em kết hợp việc đếm sản phẩm kết hợp với phân loại theo chiều cao Hệ thống sử dụng cảm biến tiệm cận, cách bố chí cảm biến có độ cao khác ta phân loại phôi... tài giới hạn nghiên cứu - 1.3 Cảm biến phát vật khoảng cách 80-100cm Hệ thống phân loại loại hàng, loại 1, loại 2, lỗi Hệ thống hiển thị sản phẩm đếm lên LCD/ LED Hệ thống sử dụng ngơn ngữ C/C++