(TIỂU LUẬN) đề tài phân loại sản phẩm theo màu sắc kiến thức về lập trình làm việc của arduino uno r3, servo mg90s, cảm biến màu sắc TCS3200

MỤC LỤC 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 cơng 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 Uno R3, động servo, cảm biến màu sắc TCS3200 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, servo mg90s, cảm biến màu sắc TCS3200 ● 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 mg90s, cảm biến màu sắc TCS3200 Thực nghiệm: Thử nghiệm máy phân loại màu sắc thành cơng từ việc tìm hiểu, nghiên cứu xây dựng hế thống DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 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 TCS3200 code để cảm biến nhận biết màu xanh cây, đỏ, vàng - Xây dựng gần hồn chỉnh mơ hình máy nhận diện màu sắc fomex 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 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 nhiều ứng dụng khác Thiết kế tiêu chuẩn Arduino UNO sử dụng vi điều khiển ATmega328 Hình 1.1: Arduino Uno R3 Thông số kỹ thuật 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 Chân cấp lượng 5V: cấp điện áp 5V đầu ra, dùng để cấp nguồn cho linh kiện điện tử kết nối với Arduino 3.3V: chức tương tự cấp nguồn 5v cấp điện áp 3.3V đầu Ground: hay gọi chân GND, cực âm nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn dùng thiết bị sử dụng nguồn điện riêng biệt chân phải nối với Vin (Voltage Input): tương tự chân 5V, thêm chức cấp nguồn ngồi cho Arduino UNO thay cắm USB, bạn nối cực dương nguồn với chân cực âm nguồn với chân GND Các cổng vào/ra (I/O) Arduino cung cấp nhiều chân I/O ( hay gọi Pin ) để ta giao tiếp hay gửi lệnh điều khiển thiết bị, nói chân sử dụng nhiều phân chúng làm loại sau: Các chân Digital Phiên Arduino UNO R3 sở hữu 14 chân digital từ đến 13 dùng để đọc xuất tín hiệu Chúng có mức điện áp điều khiển 0V 5V với dòng vào/ra tối đa chân 40mA Ngoài số chân digital có chức đặc biệt chân PWM Chân PWM: chân có dấu '~' đằng trước, chân cho phép bạn xuất xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ đến 255) tương ứng với mức giao động điện áp chân từ 0V đến 5V, khác với chân PWM, chọn giá trị 0V 5V Các chân Analog Arduino UNO có chân analog (A0 đến A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10 bit (0 đến 1023) để đọc giá trị điện áp khoảng 0V đến 5V Đặc biệt, Arduino UNO có chân A4 (SDA) A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với thiết bị khác Chân TXD RXD Đây chân Serial dùng để gửi (transmit – TX) nhận (receiver – RX) liệu TTL Serial Arduino Uno giao tiếp liệu với thiết bị cần sử dụng thông qua chân này, ngồi sử dụng chân để nạp code cho mạch mà không cần thông qua USB mạch 1.3.2 Giới thiệu module cảm biến màu sắc TCS3200 Module cảm biến màu TCS3200 module cảm biến phát đầy đủ màu sắc, bao gồm cảm biến TCS3200 với khả nhận biết màu RGB led màu trắng Các TCS3200 phát đo lường gần tất màu sắc nhìn thấy Các lọc màu bên TCS3200 phân bố khắp mảng để loại bỏ sai lệch vị trí điểm màu Bên dao động tạo sóng vng ngõ tỉ lệ với cường độ màu sắc Hình 1.2: Module cảm biến màu sắc TCS3200 Sơ đồ chân Tên chân S1, S0 (1, 2) OE (3) GND (4) VDD (5) OUT (6) S2, S3 (7, 8) Thông số kỹ thuật ● ● ● ● ● ● ● ● Chuyển đổi cường độ ánh sáng thành tần số có độ phân giải cao Lập trình lựa chọn lọc màu sắc khác dạng tần số xuất Giao tiếp trực tiếp với vi điều khiển Điện áp 2.7 – 5.5V Kích thước: 28.4 x 28.4mm Tần số ngõ có độ rộng xung 50% Tân sô tỉ lệ với ánh sáng có cường độ màu sắc khác Tần số ngõ nằm khoảng Hz- 500KHz Nguyên lý hoạt động Cảm biến màu TCS3200 gồm khối hình vẽ phía dưới: Hình 1.4: Sơ đồ ngun lý hoạt động Khối mảng ma trận 8×8 gồm photodiode Photodiode đơn giản linh kiện bán dẫn chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện ● ● ● ● 16 photodiode lọc màu đỏ (red) 16 photodiode lọc màu xanh (green) 16 photodiode lọc màu xanh dương (blue) 16 photodiode trắng không lọc (clear) Bản chất loại photodiode lọc ánh sáng có màu sắc khác Khi lựa chọn lọc màu cho phép nhận biết màu màu khác bị chặn Ví dụ, lựa chọn lọc màu xanh (green) có ánh sáng tới màu xanh thông qua, màu đỏ màu xanh dương bị chặn lại hình minh họa bên Vì vậy, nhận cường độ ánh sáng màu xanh Tương tự vậy, lựa chọn lọc màu khác nhận ánh sáng màu đỏ (red) màu xanh dương (blue) Hình 1.5: Nguyên lý nhận diện màu sắc cảm biến TCS3200 Tại thời điểm có lọc màu chọn Việc chọn lọc màu thực thông qua chân S2 S3 bảng Khối thứ hai cảm biến màu TCS3200 chuyển đổi dòng điện sang tần số Các giá trị đọc từ photodiode chuyển đổi thành sóng vng có tần số tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng phản xạ khỏi bề mặt vật thể Cuối cùng, dùng vi điều khiển đề đọc sóng vng ngõ lấy kết màu sắc Các chân S0 S1 sử dụng để điều chỉnh tần số đầu Nó chia tỷ lệ thành giá trị đặt trước sau: 2%, 20% 100% Các vi điều khiển khác có cấu hình cho định thời khác Chức chia tỷ lệ tần số cho phép ngõ cảm biến tối ưu hóa cho vi điều khiển khác Tần số ngõ module cảm biến màu TCS3200 khoảng Hz ~ 500 kHz Tần số ngõ có dạng xung vng với tần số khác tương ứng với màu sắc cường độ sáng khác Chúng ta lựa chọn tỉ lệ tần số ngõ mức khác bảng cho phù hợp với phần cứng đo tần số Ví dụ : ● ● ● ● Khi S0 = L, S1 = L fout = Khi S0 = L, S1 = H fout = 10Khz Khi S0 = H, S1 = L fout = 100Khz Khi S0 = H, S1 = H fout = 500Khz 1.3.3 Giới thiệu động servo MG90S Servo dạng động điện đặc biệt Không giống động thông thường cắm điện vào quay liên tục, servo quay điều khiển (bằng 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 mơ mình), có loại sở hữu momen lực bá đạo (vài chục Newton/m), có loại khỏe nhơng sắc chắn, Động servo thiết kế hệ thống hồi tiếp vịng kín Tín hiệu động nối với mạch điều khiển Khi động quay, vận tốc vị trí hồi tiếp mạch điều khiển Nếu có bầt kỳ lý ngăn cản chuyển động quay động cơ, cấu hồi tiếp nhận thấy tín hiệu chưa đạt vị trí mong muốn Mạch điều khiển tiếp tục chỉnh sai lệch cho động đạt điểm xác Các động servo điều khiển liên lạc vô tuyến gọi động servo RC (radio-controlled) Trong thực tế, thân động servo điều khiển vơ tuyến, nối với máy thu vô tuyến máy bay hay xe Động servo nhận tín hiệu từ máy thu Thông số kỹ thuật Model Điện áp hoạt động Stall Torque Operating Speed Bánh Độ dài dây nối Trọng lượng Kích thước 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 TCS3200 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 TCS3200 Chức động servo MG90S đảm nhận Nhận input từ arduino Uno R3 sau xử lý thông tin module cảm biến màu sắc TCS3200 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 Hình 2.2: Sơ đồ kết nối mạch CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC ... 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 mg90s, cảm biến màu sắc TCS3200 Thực... đề tài: “máy phân loại màu? ?? ● Tìm hiểu kiến thức cấu tạo, nguyên lý hoạt động linh kiện sử dụng arduino Uno R3, servo mg90s, cảm biến màu sắc TCS3200 ● Nghiên cứu thiết kế sản phẩm máy phân loại. .. Module cảm biến màu TCS3200 module cảm biến phát đầy đủ màu sắc, bao gồm cảm biến TCS3200 với khả nhận biết màu RGB led màu trắng Các TCS3200 phát đo lường gần tất màu sắc nhìn thấy Các lọc màu