(TIỂU LUẬN) đề tài máy PHÂN LOẠI màu chức năng phân loại vật thể theo màu sắc theo module cảm biến màu sắc TCS34725

HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT MÃ KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Đề tài: MÁY PHÂN LOẠI MÀU Giảng viên hướng dẫn: Ths Lê Đức Thuận Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Hòa - CT040321 Phạm Việt Quang - CT040340 Phạm Văn Giang - CT040314 Hà Nội, 2022 Mục Lục CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN 1.1 Tình hình thực tiễn 1.2 Mơ hình sản phẩm mong muốn 1.3 Giới thiệu phần cứng, công nghệ sử dụng hệ thống 1.3.1 Giới thiệu arduino Uno R3: 1.3.2 Giới thiệu động xoay liên tục 180 – 360 độ ( servo MG90S ): 11 1.3.3 Giới thiệu cảm biến màu TCS 34725 15 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 17 2.1 Phân tích chức hệ thống 17 2.1.1 Chức nhận diện màu sắc vật thể 17 2.1.2 Chức phân loại vật thể theo màu sắc theo module cảm biến màu sắc TCS34725 17 2.2 Thiết kế hệ thống 17 2.2.1 Sơ đồ khối 17 2.2.2 Sơ đồ kết nối mạch 17 2.2.3 Sơ đồ use case 18 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM 18 3.1 KẾT LUẬN 19 3.2 TÀI LIỆU THAM KHẢO 19 3.3 PHỤ LỤC 19 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1//// Hình 1.1: Arduino Uno R3 Hình 1.2: Vi điều khiển Hình 1.3: Các cổng vào/ra Arduino Uno R3 Hình 1.4: Động servo quay liên tục 180 độ 11 Hình 1.5: Động servo quay liên tục 360 độ 12 Hình 1.6: Bản vẽ cấu trúc động servo quay liên tục 360 độ 13 Hình 1.7: Cảm biến màu TCS34725 14 Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống 16 Hình 2.2 Hình 2.3: Sơ đồ use case 17 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật Arduino Uno R3 Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật Servo MG90S 10 Bảng 1.3: Bảng thông số kỹ thuật Động servo quay liên tục 180 độ 11 Bảng 1.4: Bảng thông số kỹ thuật Động servo quay liên tục 360 độ 13 Bảng 1.5: Bảng thông số kỹ thuật cảm biến màu TCS34725 14 LỜI MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Khoa học kĩ thuật luôn phát triển tất lĩnh vực, ngành sản xuất Việc đòi hỏi cải tiến nâng cấp hệ thống sản xuất ưu tiên hàng đầu Một hệ thống hệ thống phân loại sản phẩm tự động Hệ thống giúp cho sản xuất linh hoạt hơn, tiết kiệm thời gian nhân lực, tăng sản lượng, đem lại lợi ích kinh tế cao hiệu Để phân loại sản phẩm có nhiều phương pháp, nhiên phương pháp sử dụng màu sắc chưa ứng dụng nhiều hiệu Trước thực tiễn đó, chúng em định chọn đề tài “Phân loại sản phẩm theo màu sắc” để nghiên cứu thực Mục tiêu nghiên cứu đề tài Chúng em nghiên cứu đề tài nhằm mục đích vận dụng cơng nghệ khoa học kỹ thuật tiên tiến vào trình sản xuất nhằm giảm thiểu sức lao động người nâng cao suất sản xuất công nghiệp Mặt khác, thông qua việc thực đề tài chúng em củng cố lại kiến thức vận dụng kiến thức lý thuyết học vào thực tế, phát triển khả tư nhằm nâng cao lực thân để đóng góp nhiều cho công nghiệp nước nhà Đối tượng phạm nghiên cứu Trong phạm vi đồ án này, chúng em xin trình bày sơ lược cấu tạo nguyên lý hoạt động máy phân loại màu sử dụng arduino Uro R3, động servo ( xoay 180 độ, xoay 360 độ), cảm biến màu TCS34725 Các nhiệm vụ cần thực Nội dung nghiên cứu tập trung vào nội dung sau: Khảo sát, tổng hợp yêu cầu đề tài: “máy phân loại màu” Tìm hiểu kiến thức cấu tạo, nguyên lý hoạt động linh kiện sử dụng arduino Uno R3, động servo ( xoay 180 độ, xoay 360 độ), cảm biến màu TCS34725 Nghiên cứu thiết kế sản phẩm máy phân loại màu sắc từ linh kiện, thiết bị tìm hiểu Xây dựng máy phân loại màu Kết dự kiến Lý thuyết: Kiến thức lập trình làm việc arduino Uno R3, servo, cảm biến màu sắc TCS34725 Thực nghiệm: Thử nghiệm máy phân loại màu sắc thành công từ việc tìm hiểu, nghiên cứu xây dựng hệ thống CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN 1.1 Tình hình thực tiễn Tìm hiểu kết nối arduino Uno R3 với động servo điều khiển động quay góc ý muốn Tìm hiểu chế, ngun lý hoạt động cảm biến màu sắc TCS34725 code để cảm biến nhận biết màu xanh , đỏ , tím , vàng , cam Lên mơ hình hồn chỉnh 1.2 Mơ hình sản phẩm mong muốn Hình 1.1: Máy phân loại hạt cà phê Hình 1.2: Máy phân loại màu gạo 1.3 Giới thiệu phần cứng, công nghệ sử dụng hệ thống 1.3.1 Giới thiệu arduino Uno R3: Hình 1.3: Arduino Uno R3 Vi điều khiển Hình 1.4: Vi điều khiển - Arduino UNO sử dụng vi điều khiển họ 8bit AVR ATmega8, ATmega168, ATmega328 Bộ não xử lí tác vụ đơn giản điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm trạm đo nhiệt độ - độ ẩm hiển thị lên hình LCD,… hay ứng dụng khác - Thiết kế tiêu chuẩn Arduino UNO sử dụng vi điều khiển ATmega328 với giá khoảng 90.000đ Tuy nhiên yêu cầu phần cứng bạn không cao túi tiền khơng cho phép, bạn sử dụng loại vi điều khiển khác có chức tương đương rẻ ATmega8 (bộ nhớ flash 8KB) với giá khoảng 45.000đ ATmega168 (bộ nhớ flash 16KB) với giá khoảng 65.000đ - Arduino UNO cấp nguồn 5V thơng qua cổng USB cấp nguồn ngồi với điện áp khuyên dùng 7-12V DC giới hạn 6-20V Thường cấp nguồn pin vng 9V hợp lí bạn khơng có sẵn nguồn từ cổng USB Nếu cấp nguồn vượt ngưỡng giới hạn trên, bạn làm hỏng Arduino UNO Các chân lượng: - GNG (Ground): Cực âm nguồn điện cấp cho Arduino Uno Khi dùng tjiết bị sử dụng nguồn điện riêng biệt chân phải nối với - 5V: Cấp điện áp 5V đầu Dòng tối đa cho phép chân 500mA - 3.3V: Cấp điện áp 3.3V đầu Dòng tối đa cho phép chân 50mA - Vin (Voltage Input): Để cấp nguồn cho Arduino Uno, nối cực dương nguông với chân cực âm nguồn với chân GND - IOREF: Điện áp hoạt động vi điều khiển Arduino Uno đo chân (ln 5V) Mặc dù vây, bạn khơng lấy ngn 5V từ chân để sử dụng chức khơng phải để cấp nguồn - RESET: Việc nhấn nút Reset board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET nối với GND qua điện trở 10KΩ Năng lượng: - Arduino UNO cấp nguồn 5V thông qua cổng USB cấp nguồn với điện áp khuyên dùng 7-12V DC giới hạn 6-20V Thường cấp nguồn pin vng 9V hợp lí bạn khơng có sẵn nguồn từ cổng USB Nếu cấp nguồn vượt ngưỡng giới hạn trên, bạn làm hỏng Arduino UNO Một vài thông số Arduinio Uno R3: Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật Arduino Uno R3 Vi xử lý Điện áp hoạt động Điện áp vào giới hạn Dòng tiêu thụ Số chân Digital I/O UART I2C SPPI Số chân Analog Dòng tối đa chân I/O Dòng tối đa (5V) Dòng tối đa (3.3V) Bộ nhớ flash SRAM EEPROM Clock Speed Bộ nhớ: - 32KB nhớ Flash: Những đoạn lệnh lập trình lưu trữ nhớ Flash vi điều khiển (hiếm cần dùng 20kb nhớ này) - 2Bk cho SRAML ( Static Random Access Memory): Giá trị biến khai báo lập trình lưu Khai báo nhiều biến cần nhiều nhớ RAM Khi điện, liệu SRAM bị - 1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): Đây giống ổ cúng mini, nơi đọc ghi liệu vào mà khơng lo bị liệu cúp điện giống SRAM Các cổng vào ra: Hình 1.5: Các cổng vào/ra Arduino Uno R3 - Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc xuất tín hiệu Chúng có mức điện áp 0V 5V với dòng vào/ra tối đa chân 40mA Ở chân có điện trở pull-up từ cài đặt vi điều khiển ATmega328 (mặc định điện trở khơng kết nối) - Một số chân digital có chức đặc biệt sau: o chân Serial: (RX) (TX): dùng để gửi (transmit – TX) nhận (receive – RX) liệu TTL Serial Arduino Uno giao tiếp với thiết bị khác thông qua chân Kết nối bluetooth thường Nếu không cần giao tiếp Serial khơng nên sử dụng chân không cần thiết o Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, 11: cho phép xuất xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ → 8-1 tương ứng với 0V → 5V) hàm analogWrite() Nói cách đơn giản, điều chỉnh điện áp chân từ mức 0V đến 5V thay cố định mức 0V 5V chân khác o Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài chức thơng thường, chân cịn dùng để truyền phát liệu giao thức SPI với thiết bị khác o Led 13: Arduino UNO có đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút Reset thấy đèn nhấp nháy để báo hiệu Nó nối với chân số 13 Khi chân người dùng sử dụng, LED sáng 1.3.2 Giới thiệu động xoay liên tục 180 – 360 độ ( servo MG90S ): Servo MG90S: Là dạng động đặc biệt Không giống động thông thường cắm điện vào quay liên tục, servo quay điều khiển xung PPM với góc quay nằm khoảng từ 0o - 180o Mỗi loại servo có kích thước, khối lượng cấu tạo khác Có loại nặng 9g (chủ yếu dùng máy bay mô mình), có loại sở hữu momen lực bá đạo (vài chục Newton/m), có loại khỏe nhông sắc chắn, Thông số kỹ thuật Model Điện áp hoạt động Stall Torque Operating Speed Bánh Độ dài dây nối Trọng lượng Kích thước Động servo quay liên tục 180 độ: Hình 1.6: Động servo quay liên tục 180 độ - Đây động servo micro có bánh nhựa dành cho RC, có mơ men lực 1.80kg.cm 4.8V Nó giải pháp hoàn hảo cho dự án robot học sinh lắp ráp cánh tay robot Ưu điểm động servo RC so với động chổi than DC khả điều khiển góc quay - Thơng số kỹ thuật: Bảng 1.3: Bảng thông số kỹ thuật Động servo quay liên tục 180 độ Điện áp hoạt động Tốc độ 4.80v ( khơng tải ) Mơ men lực 4.80V Góc quay Kích thước Trọng lượng Hệ thống dây điện Động servo quay liên tục 360 độ: Hình 1.7: Động servo quay liên tục 360 độ - Đây động servo có kích thước tiêu chuẩn từ FEETECH (trước gọi Fitec) đặc biệt để quay liên tục Nó xoay liên tục 360 độ Cách thức hoạt động khác với hoạt động servo tiêu chuẩn Thay quay góc xác định, động servo đứng yên xung 1.5ms pulse (một trimmer sử dụng để làm điều này), động quay phía trước cho xung dài quay phía sau cho xung ngắn - Động servo quay liên tục FS90R chuyển đổi xung động servo RC tiêu chuẩn thành tốc độ quay liên tục Điểm nghỉ (reseting point) 1.5ms, điều chỉnh cách dùng tuốt nơ vít nhỏ để vặn chiết áp điều chỉnh Độ rộng xung điểm nghỉ dẫn đến quay ngược chiều kim đồng hồ, với tốc độ tăng độ rộng xung tăng, độ rộng xung điểm nghỉ dẫn đến quay theo chiều kim đồng hồ, với tốc độ tăng độ rộng xung giảm - Thông số kỹ thuật: Bảng 1.4: Bảng thông số kỹ thuật Động servo quay liên tục 360 độ Điện áp hoạt động Chiều dài chì Tốc độ tối đa @6V Tốc độ tối đa @4.8V Momen xoắn @6V Momen xoắn @4.8V Hệ thống dây điện Trọng lượng Kích thước Hình 1.8: Bản vẽ cấu trúc động servo quay liên tục 360 độ 1.3.3 Giới thiệu cảm biến màu TCS 34725 Hình 1.9: Cảm biến màu TCS34725 - Cảm biến màu sắc I2C UART TCS34725 Color Sensor V1 phiên nâng cấp cảm biến màu TCS3200, sử dụng để nhận biết màu sắc cách đo phản xạ màu sắc từ vật thể đỏ, xanh xanh dương sau xử lý truyền thơng số đo màu qua giao tiếp I2C UART, tổng hợp thông tin màu ta có màu sắc vật thể cần đo - Cảm biến màu sắc I2C UART TCS34725 Color Sensor V1 có tích hợp MCU mạch để chuyển đổi từ giao tiếp I2C TCS34725 sang giao tiếp UART I2C MCU giúp dể dàng giao tiếp lập trình, ta dễ dàng lựa chọn giao tiếp muốn sử dụng cách Set Jumper mạch Thông số kỹ thuật: Bảng 1.5: Bảng thông số kỹ thuật cảm biến màu TCS34725 IC Điện áp sử dụng Dòng tiêu thụ Giải màu sắc đo Tích hợp MCU xử lý chuyển đổi giao tiếp Giao tiếp lựa chọn qua Jumper Kích thước Cách thiết lập giao tiếp dựa vào Jumper S0 S1: o S1 để trống (default): Disable chân SCL SDA, hai chân giao tiếp trực tiếp I2C với TCS34725, giao tiếp qua hai chân CT / DR MCU.\ o S1 nối với G: Enable chân SCL SDA, sử dụng để giao tiếp trực tiếp với I2C TCS34725 không thông qua MCU o S0 để trống (default): Lựa chọn giao tiếp MCU hai chân CT / DR UART, CT UART_TX, DR UART_RX, baudrate mặc định 9600bps / Parity: N / Data bits: / Stop bits: o S0 nối với G: Lựa chọn giao tiếp MCU hai chân CT / DR I2C, CT I2C_SCL, DR I2C_SDA CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Phân tích chức hệ thống 2.1.1 Chức nhận diện màu sắc vật thể Chức nhận diện màu sắc vật thể nhận thông tin input từ module cảm biến màu sắc TCS34725 truyền liệu đến arduino Uno R3 để xử lý output cho giá trị tương đương với màu sắc khác để gửi đến servo xử lý tiếp 2.1.2 Chức phân loại vật thể theo màu sắc theo module cảm biến màu sắc TCS34725 Chức động servo đảm nhận Nhận input từ arduino Uno R3 sau xử lý thông tin module cảm biến màu sắc TCS34725 gửi đến Từ giá trị khác module cảm biến màu sắc gửi đến lập trình cho arduino Uno R3 điều khiển động servo di chuyển vật phẩm đến vị trí cần phân loại 2.2 Thiết kế hệ thống 2.2.1 Sơ đồ khối Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống 2.2.2 Sơ đồ kết nối mạch 2.2.3 Sơ đồ use case Hình 2.3: Sơ đồ use case CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM 3.1 KẾT LUẬN 3.2 TÀI LIỆU THAM KHẢO 3.3 PHỤ LỤC ... CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Phân tích chức hệ thống 2.1.1 Chức nhận diện màu sắc vật thể Chức nhận diện màu sắc vật thể nhận thông tin input từ module cảm biến màu sắc TCS34725. .. cảm biến màu TCS 34725 Hình 1.9: Cảm biến màu TCS34725 - Cảm biến màu sắc I2C UART TCS34725 Color Sensor V1 phiên nâng cấp cảm biến màu TCS3200, sử dụng để nhận biết màu sắc cách đo phản xạ màu. .. output cho giá trị tương đương với màu sắc khác để gửi đến servo xử lý tiếp 2.1.2 Chức phân loại vật thể theo màu sắc theo module cảm biến màu sắc TCS34725 Chức động servo đảm nhận Nhận input