ĐỀ TÀI Thiết kế modul đếm sản phẩm sử dụng cảm biến hồng ngoại và hiển thị trên LCD 16x2 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 4 CHƯƠNG 1 Tổng quan về hệ thống đếm sản phẩm bằng cảm biến hồng ngoại 5 1 1 Nội dung nghiên.
ĐỀ TÀI: Thiết kế modul đếm sản phẩm sử dụng cảm biến hồng ngoại hiển thị LCD 16x2 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Trong năm gần nước ta bước vào công công nghiệp hoá đại hoá đất nước, giáo dục đóng vai trị quan trọng cơng đặc biệt đào tạo đội ngũ có tay nghề cao biết kết hợp chặt chẽ lý thuyết thực tiễn vào lao động sản xuất Cùng với phát triển ngành kỹ thuật điện điện tử, công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điều khiển tự động hoá đạt nhiều tiến Tự động hố q trình sản xuất phổ biến rộng rĩa hệ thống công nghiệp giới nói chung Việt Nam nói riêng Tự động hố khơng làm giảm nhẹ sức lao động cho người mà cịn góp phần lớn việc nâng cao suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm Với mục tiêu công nghiệp hố đại hố đất nước, ngày có thêm nhiều xí nghiệp sử dụng kỹ thuật cao, địi hỏi cán kỹ thuật kỹ sư điện kiến thức điện tử công suất, truyền động điện, điều chỉnh tự động truyền động điện, vi mạch xử lý công tác kỹ thuật Để đáp ứng nhu cầu khó khăn em giao nhiệm vụ làm đồ án "Thiết kế modul đếm sản phẩm sử dụng cảm biến hồng ngoại hiển thị LCD 16x2 " Việc làm đồ án giúp em ôn lại phần lý thuyết học trường, thực hành lớp kết hợp với thực tiễn lao động sản xuất giúp em hiểu sâu hơn, biết vận dụng lý thuyết học trường vào thực tiễn Lời cuối, nhóm em xin chân thành cảm ơn “…….” nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ nhóm em suốt trình làm việc để nhóm hồn thảnh cách tốt CHƯƠNG 1: Tổng quan hệ thống đếm sản phẩm cảm biến hồng ngoại 1.1 Nội dung nghiên cứu Đề tài : Thiết kế mạch đếm sản phẩm sử dụng cảm biến hồng ngoại hiển thị kết LCD 16x2 - Vi điều khiển đọc giá trị từ cảm biến hồng ngoại, xử lý để nhận dạng có vật cản hay khơng có vật cản, từ tăng số đếm có vật cản qua - Vật đặt hệ thống băng tải đưa qua cảm biến - Xuất tín hiệu để hiển thị hình LCD với giá trị đếm được, không bị giới hạn số lần đếm đếm tất loại vật liệu - Khi ấn reset quay trạng thái ban đầu 1.2 Khái quát chức nhiệm vụ khối hệ thống Hình 1-Sơ đồ khối hệ thống 1.2.1 Khối nguồn * Khối nguồn cung cấp lượng cho toàn mạch: - Nguồn cho Arduino: 0-5V - Nguồn cho LCD: 2.7-5.5V - Nguồn cho cảm biến: 0-5V 1.2.2 Khối cảm biến - Khối cảm biến sử dụng LED hồng ngoại LM 383 có nhiệm vụ phát vật cản để đưa tín hiệu gửi đến khối hiển thị 1.2.3 Khối xử lý - Khới xử lý Arduino UNO R3 có nhiệm vụ xử lý tín hiệu từ cảm biến đưa tín hiệu để gửi kết đến khối hiển thị 1.2.4 Khối hiển thị - Khối hiển thị hiển thị hình LCD 16x2 có nhiệm vụ hiển thị tín hiệu dạng số 1.3 Cơng nghệ sử dụng - Hệ thống sử dụng module Arduino Uno R3 tích hợp vi điều khiển họ bit ATmega328P-PU để thực tác vụ nêu mục 1.1 Với Arduino, hầu hết thiết bị phần cứng làm sẵn chuẩn hóa Bên cạnh đó, phần cứng Arduino hỗ trợ đoạn code mẫu cộng đồng người dùng Arduino phát triển Chính tiện lợi mà Arduino phát triển mạnh ngành điện tử giới Hình 2-Vi điều khiển AT328P-PU tích hợp Arduino Uno R3 CHƯƠNG 2: Lựa chọn thiết bị thiết kế 2.1 Giới thiệu cảm biến hồng ngoại - Cảm biến hồng ngoại hay gọi IR Sensor, chúng thiết bị điện tử có khả đo phát xạ hồng ngoại môi trường xung quanh, tên tiếng anh cảm biến hồng ngoại Passive Infrared, viết tắt PIR dịch sát nghĩa “hồng ngoại thụ động” Cảm biến hồng ngoại (IR Sensor) phát tia vơ hình mắt người, bước sóng dài ánh sáng khả kiến (mặc dù nằm phổ điện từ) Bất thứ phát nhiệt (mọi thứ có nhiệt độ năm độ Kelvin) phát xạ hồng ngoại * Khối cảm biến sử dụng cảm biến hồng ngoại – module FC-51 sử dụng IC LM 393 gồm LED phát LED thu hồng ngoại hoạt động theo nguyên lý sau: - LED phát hồng ngoại phát sóng ánh sáng có bước sóng hồng ngoại - LED thu hồng ngoại bình thường có nội trở lớn, LED thu bị tia hồng ngoại chiếu vào nội trở giảm xuống tạo tín hiệu đưa đến khối điều khiển Hình 3-Module cảm biến hồng ngoại FC-51 sử dụng IC LM393 2.1.1 Nguyên lí hoạt động cảm biến hồng ngoại - Cảm biến hồng ngoại hoạt động cách sử dụng cảm biến ánh sáng cụ thể để phát bước sóng ánh sáng chọn phổ hồng ngoại (IR) Bằng cách sử dụng đèn LED tạo ánh sáng có bước sóng với cảm biến tìm kiếm, bạn xem cường độ ánh sáng nhận Khi vật gần cảm biến, ánh sáng từ đèn LED bật khỏi vật thể vào cảm biến ánh sáng Điều dẫn đến bước nhảy lớn cường độ, mà biết phát cách sử dụng ngưỡng Hình 4-Minh hoa cách làm việc cảm biến 2.1.2 Sơ đồ chân - Vì cảm biến hồng ngoại sử dụng cảm biến ánh sáng, nên sơ đồ giống với cảm biến ánh sáng Sự khác biệt việc bổ sung đèn LED hồng ngoại đầu dò hồng ngoại yêu cầu kết nối với 5V nối đất Các bạn tham khảo mạch thiết kế cảm biến hồng ngoại để hiểu thêm Hình 5-Chi tiết chân cảm biến hồng ngoại * Cách thiết lập cảm biến hồng ngoại: - Trước sử dụng cảm biến hồng ngoại cần thiết lập vài thứ cụ thể để đảm bảo cho việc hoạt động thiết bị Lưu ý cảm biến hồng ngoại có nhiều loại khác nhau, nhiên phần đề cập đến cảm biến hồng ngoại dạng linh kiện để bạn tự học lắp đặt để phục vụ cho việc học hay nguyên cứu Loại khác với cảm biến hồn chỉnh bán ngồi thị trường có chức cảm biến hồng ngoại cách cấp nguồn - Để thiết lập hoạt động cảm biến hồng ngoại bạn cần có thứ sau: • Máy dị hồng ngoại 2x • 2x đèn LED hồng ngoại vỏ • Điện trở 2x 2kΩ (đỏ-đen-đỏ) • Điện trở 2x 220Ω (đỏ-đỏ-nâu) • Dây nhảy màu đỏ 2x • Dây nhảy màu đen 2x • Dây nhảy tín hiệu 2x (có thể có màu nào) Chú ý : Cần đảm bảo đèn LED hồng ngoại nằm vỏ chúng: Chèn IR LED vào phần vỏ lớn với dây dẫn dính Nhấn mạnh đèn LED vào vỏ Đặt phần vỏ nhỏ đèn LED Hình 6-Đèn led * Đặt đèn LED hồng ngoại: Tiếp theo đặt đèn LED IR vào bảng mạch nên lưu ý chân thiết bị sau: + Cực dương chân dài hơn, cạnh tròn + Cực âm cực âm chân ngắn hơn, cạnh phẳng Tuyệt đối bạn không đấu dây sai chân LED, làm hỏng linh kiện 2.1.3 Ứng dụng cảm biến hồng ngoại: - Cảm biến hồng ngoại thiết bị có nhiều tính bật như: bật tắt đèn tự động, báo trộm, mở cửa tự động… • Cảm biến hồng ngoại giúp bật tắt đèn tự động: với chức bật đèn tự động có người bước vào cảm biến hồng ngoại tự động đèn sáng lên Và người di chuyển đến đâu đèn sáng đến Vì mà không gian lắp đặt thiết bị cảm biến hồng ngoại vị trí hành lang dùng bật đèn chiếu sáng lối nhà vệ sinh giúp cho khơng gian chiếu sáng ln • Cảm biến hồng ngoại giúp chống trộm: so với thiết bị chống trộm khác việc sử dụng thiết bị cảm biến hồng ngoại giúp chống trộm tốt nhất, bảo vệ gia đình Bởi đêm đến có trộm bước vào nhà hay qua sân vườn, ban công nhà bạn, chúng ngang qua mắt cảm ứng mà trộm không xác định vị trí lắp đặt cảm biến thiết bị hú cịi lúc chủ nhà biết có trộm để đề phịng có biện pháp xử lý kịp thời • Cảm biến hồng ngoại giúp mở cửa tự động: có nhiều thiết bị cảm biến hồng ngoại lắp đặt kèm theo chế độ mở cửa tự động giúp cho người dùng tiện lợi linh hoạt sử dụng lắp đặt thiết bị 2.2 Giới thiệu Arduino 2.2.1 Giao diện phần mềm arduino máy tính Hình 7-Giao diện để nhập code arduino - Arduino tảng tạo mẫu điện tử mã nguồn mở, sử dụng nhằm xây dựng ứng dụng điện tử tương tác với với môi trường thuận tiện, dễ dàng - Nền tảng mẫu giống máy tính thu nhỏ, giúp người dùng lập trình thực dự án điện tử mà không cần phải đến công cụ chuyên dụng để phục vụ việc nạp code - Phần mềm tương tác với giới bên ngồi thơng qua cảm biến điện tử, đèn động * Chi tiết phần cứng Arduino − Cổng USB: (1) chân cắm để tải mã lập trình từ PC lên chip điều khiển Đồng thời cổng giao tiếp serial giúp truyền liệu từ chip điều khiển vào máy tính 10 − − − − − Jack nguồn: (2) để chạy Arduino, bạn hồn tồn nạp nguồn từ cổng USB Tuy nhiên lúc kết nối với máy tính Có dự án cần thực ngồi trời cần nguồn điện khác với mức điện áp từ 9V -12V Hàng Header: (3) chân đánh số từ – 12 hàng digital pin Đây nơ truyền – nhận tín hiệu số Bên cạnh có pin đất (GND) pin điện áp tham chiếu (AREF) Hàng header thứ 2: (4) chủ yếu liên quan tới điện áp đất, nguồn Hàng header thứ 3: (5) chân để nhập – xuất tín hiệu analog (đọc thơng tin thiết bị cảm biến) Chip điều khiển AVR: (6) phận xử lý trung tâm toàn bo mạch Với mẫu Arduino khác nhau, chip khác Ví dụ Arduino Uno sử dụng ATMega328 Hình 8-Các vùng để kích hoạt arduino * Một số ứng dụng Arduino đời sống phải kể đến như: − − − − − Điều khiển thiết bị cảm biến âm thanh, ánh sáng Làm máy in 3D Làm đàn ánh sáng Làm lò nướng bánh biết tweet thơng báo bánh chín Arduino có khả đọc thiết bị cảm biến, điều khiển động cơ,… Chính mà mã nguồn mở c dùng để làm xử lý trung tâm nhiều loại robot 11 − Arduino cịn sử dụng để tương tác với Joystick, hình,… chơi game Tetrix, phá gạch, Mario… − Dùng để chế tạo máy bay không người lái − Điều khiển đèn giao thông, làm hiệu ứng đèn Led nhấp nháy biển quảng cáo… − Ngồi ra, Arduino cịn nhiều ứng dụng hữu ích khác tùy thuộc vào sáng tạo người sử dụng − Ví dụ: Muốn kết nối Internet có Ethernet shield, điều khiển động có Motor shield, kết nối nhận tin nhắn có GSM shield,… Khá đơn giản, cần tập trung vào việc “lắp ghép” thành phần sáng tạo ứng dụng cần thiết Hình 9-Minh họa arduino đấu nối 2.2.2 Board mạch Arduino Uno − Là bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa Microchip ATmega328, phát triển Arduino.cc − Bảng mạch trang bị chân đầu vào/ đầu Digital Analog có khả giao tiếp với bảng mạch mở rộng khác − Mạch Arduino Uno phù hợp với bạn tiếp cận có đam mê điện tử, lập trình… dễ dàng sử dụng, xây dựng dự án cho cách nhanh − Arduino Uno dùng lập trình Robot, xe tự hành, điều khiển bật tắt led… * Chức năng: 12 - Vi điều khiển (Atmega328P) dùng để lập trình nhúng động cơ, lập trình led, relay số linh kiện điện tử khác * Tài nguyên: - Digital I/O: 14 ( hỗ trợ chân PWM) - Analog I/O: * Sản phẩm: - Board mạch vi điều khiển 2.2.3 Sơ đồ chân cổng kết nối Hình 10-Sơ đồ chân chi tiết arduino 13 2.2.4 Thông số kỹ thuật Vi điều khiển Điện áp hoạt động Điện áp vào khuyên dùng Điện áp vào giới hạn Digital I/O pin PWM Digital I/O Pins Analog Input Pins Cường độ dòng điện I/O pin Cường độ dòng điện 3.3V pin Flash Memory SRAM EEPROM Tốc độ Chiều dài Chiều rộng Trọng lượng ATmega328P 5V 7-12V 6-20V 14 (trong pin có khả băm xung) 6 20 mA 50 mA 32 KB (ATmega328P) 0.5 KB sử dụng bootloader KB (ATmega328P) KB (ATmega328P) 16 MHz 68.6 mm 53.4 mm 25 g Hình 11-Bảng thơng số kĩ thuật 2.3 Giới thiệu LCD 16x2 2.3.1 Phân tích sơ đồ chân 14 Hình 12-LCD chi tiết chân - Chân số - VSS : chân nối đất cho LCD nối với GND mạch điều khiển - Chân số - VDD : chân cấp nguồn cho LCD, nối với VCC=5V mạch điều khiển - Chân số - VE : điều chỉnh độ tương phản LCD - Chân số - RS : chân chọn ghi, nối với logic "0" logic "1": + Logic “0”: Bus DB0 - DB7 nối với ghi lệnh IR LCD (ở chế độ “ghi” - write) nối với đếm địa LCD (ở chế độ “đọc” - read) + Logic “1”: Bus DB0 - DB7 nối với ghi liệu DR bên LCD - Chân số - R/W : chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write), nối với logic “0” để ghi nối với logic “1” đọc - Chân số - E : chân cho phép (Enable) Sau tín hiệu đặt lên bus DB0-DB7, lệnh chấp nhận có xung cho phép chân sau: + Ở chế độ ghi: Dữ liệu bus LCD chuyển vào ghi bên phát xung (high-to-low transition) tín hiệu chân E + Ở chế độ đọc: Dữ liệu LCD xuất DB0-DB7 phát cạnh lên (low-to-high transition) chân E LCD giữ bus đến chân E xuống mức thấp - Chân số đến 14 - D0 đến D7: đường bus liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU Có chế độ sử dụng đường bus là: Chế độ bit (dữ liệu truyền đường, với bit MSB bit 15 DB7) Chế độ bit (dữ liệu truyền đường từ DB4 tới DB7, bit MSB DB7) - Chân số 15 - A : nguồn dương cho đèn - Chân số 16 - K : nguồn âm cho đèn 2.3.2 Thông số kĩ thuật sản phẩm LCD 16x2: - Điện áp MAX : 7V - Điện áp MIN : - 0,3V - Hoạt động ổn định : 2.7-5.5V - Điện áp mức cao : > 2.4 - Điện áp mức thấp :