MÔN học thiết kế hệ thống cơ điện tử đề tài máy phân loại trái cây theo màu

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ MƠN HỌC: Thiết kế hệ thống điện tử Đề tài: Máy phân loại trái theo màu Lớp học phần: DHCDT15ATT Nhóm: GVHD: Lê Duy Tuấn Thành phố Hồ Chí Minh,18 tháng năm 2022 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ MƠN HỌC: Thiết kế hệ thống điện tử Đề tài: Máy phân loại trái theo màu Lớp học phần: DHCDT15ATT Nhóm: S TT Huy Thức Võ Ngọc Thiện Thành phố Hồ Chí Minh, 18 tháng năm 2022 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành báo cáo đồ án này, lời nhóm em xin cảm ơn chân thành đến tồn thể thầy cô trường Đại học Công nghiệp TPHCM thầy khoa Cơ khí, người tận tình hướng dẫn, dạy dỗ trang bị cho nhóm em kiến thức bổ ích năm vừa qua, đặc biệt giai đoạn dịch Covid 19 hồnh thành Đặc biệt nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Lê Duy Tấn hướng dẫn cho em kiến thức, kỹ cần có để hồn thành đồ án Tuy nhiên trình làm đồ án, kiến thức hạn chế nên em nhiều thiếu sót tìm hiểu, đánh giá trình bày đồ án Rất mong nhận quan tâm, góp ý thầy cô giảng viên môn để đồ án em đầy đủ hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn LỜI MỞ ĐẦU Xã hội ngày phát triển, nhu cầu vật chất tinh thần người ngày cao, toàn cung – cầu nhà sản xuất tìm cách giải Tự động hóa dây chuyền sản xuất phương án tối ưu, địi hỏi nhanh chóng, xác giảm thiểu nhân cơng lao động Q trình sản xuất tự động hóa cao nâng cao suất sản xuất giảm chi phí tăng tính cạnh tranh cho doanh nghiệp Vì đề tài nghiên cứu thực nhằm góp phần nhỏ vào mục đích nêu trên, đồng thời giúp cho học sinh sinh viên thấy mối liên hệ kiến thức học trường với ứng dụng bên thực tế Đề tài mà em thực có nhiều ứng dụng quan trọng nhiều lĩnh vực vận chuyển sản phẩm, đếm sản phẩm phân loại sản phẩm Với hệ thống tự động hóa giảm thiểu nhân cơng kèm với giảm chi phí sản xuất Trên đề tài : “Máy phân loại Trái theo màu ” Thầy Lê Duy Tuấn hướng dẫn thực Đề tài gồm nội dung sau: Chương 1: Chương 2: Chương 3: Trong trình thực chương trình cịn gặp nhiều khó khăn tài liệu tham khảo cho vấn đề hạn hẹp Mặc dù cố gắng khả năng, thời gian có hạn kinh nghiệm chưa nhiều nên khơng thể tránh khỏi sai sót mong đóng góp ý kiến bổ sung thầy giáo để đồ án hoàn thiện Chương Tổng quan đề tài 1.1 Lý chọn đề tài Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ ngành khoa học kỹ thuật, công nhệ kỹ thuật điện tử mà kỹ thuật điều khiển tự động đóng vai trị vơ quan trọng góp mặt lĩnh vực từ dân dụng công nghiệp Do sinh viên chuyên ngành điện tử phải biết nắm bắt vận dụng cách hiệu kiến thức học để đáp ứng nhu cầu xã hội, nâng cao trình độ thân góp phần thúc đẩy phát triển nước nhà Trong trình tham quan thực tế đọc tài liêu thực tế nhóm em thấy hệ thống máy móc thực tế xưởng sản xuất, cách thức vận hành khâu điều khiển tự động hóa bên cạnh có khơng hệ thống điều khiển theo kiểu thủ cơng, nghĩa khâu điều phải có nhiều công nhân đứng vận hành trực tiếp Điều thứ làm cho hiệu suất sản xuất khơng cao, q trình sản xuất khơng đảm bảo tính liên tục tính xác hệ thống mà phần nhiều lỗi người công nhân vận hành Thứ hai không thống mà phần nhiều lỗi người công nhân vận hành Thứ hai không đảm bảo an tồn lao động cho cơng nhân vận hành tiếp xúc trực tiếp với bảng điều khiển mà phát sinh cố chập điện ngun nhân khơng biết trước Thứ ba khâu sản xuất phải có nhân cơng vận hành điều gây lãng phí nhân lực, từ chi phi sản xuất tăng cao Từ ưu khuyết điểm cho thấy vai trò quan trọng việc áp dụng kỹ thuật điều khiển tự động vào dây chuyền sản xuất Do đồ án tơi chọn đề tài “Thiết kế mơ hình phân loại trái theo màu sử dụng vi điều khiển PIC16F877A” Trong mô hình tồn hệ thống sản xuất (ở hệ thống băng chuyền) điều khiển cách tự động phân loại màu đếm số lượng lcd,và người điều khiển cần sử dụng nút nhấn để cài đặt Vì dây chuyền sản xuất hoạt động cách liên tục từ nâng cao hiệu suất sản xuất với người điều khiển Đồng thời người vận hành cách ly hồn tồn với thao tác khí nguy hiểm đề cập việc điều khiển trở nên linh hoạt người vận hành theo dõi trạng thái hoạt động hệ thống qua giao diện trực quan hình máy tính giúp kiểm sốt q trình sản xuất 1.2 Mục tiêu đề tài Mục tiêu : -Hồn thành hồn chỉnh sản phẩm máy nhóm nghiên cứu Mục tiêu cụ thể : -Nắm bắt cấu trúc phần cứng , sơ đồ nguyên lý mạch -Nắm bắc cấu trúc phần mêm , lập trình pic16f877A với ngơn ngữ C++ -Thiết kế vẽ 3D Trên phần mêm solitword -Sữ dụng ứng dụng văn phịng để làm đồ án hồn chỉnh cho việc làm đồ án tốt nghiệp sau 1.3 Đối tượng nghiên cứu : Pic16f877A TCS3200 LCD16x2 Động Servo MR996 Băng tải đai + hộp giảm tốc 1.4 Phương pháp nghiên cứu : -Thu thập tài liệu internet -Thu thập tài liệu từ nghiên cứu làm qua -Phân tích thiết kế vận hành máy -Thử nghiệm vận hành hệ thống 1.5 Phạm vi đề tài Với thời hạn tháng thực đề tài , thời gian ảnh hưởng dịch covic, với trình độ chun mơn lực , nhóm tui em cố gắng hoàn thành sản phẩm thời hạn nộp.Báo cáo gốm vấn đề sau: Tìm hiểu vi điều khiển 16F877A Thiết kê mạch sản phẩm Viết chương chình phần mêm để đáp ứng yêu cầu phân loại sản phẩm Chương Cơ sở lý thuyết 2.1 Giới thiệu PIC16F877A PIC viết tắt “Programable Intelligent Computer”, tạm dịch “máy tính thơng minh khả trình” hãng Genenral Instrument đặt tên cho vi điều khiển họ PIC1650 thiết kế để dùng làm thiết bị ngoại vi cho vi điều khiển CP1600 Vi điều khiển sau hãng Microchip nghiên cứu phát triển thêm từ hình thành nên dịng vi điều khiển PIC ngày Cách phân lọai PIC theo chữ cái: Các họ PIC xxCxxx đưa vào nhóm, gọi OPT (One Time Programmable) : nạp chương trình cho lần Nhóm thứ hai có chữ F LF:chúng ta gọi nhóm nhóm Flash ,nhóm cho phép ghi xóa nhiều lần mạch điện tử thông thường Cách phân lọai PIC theo hai số sản phẩm : -Loại thứ dòng PIC (Base_line), gồm PIC 12Cxxx, có độ dài lệnh 12 bit -Loại thứ hai dòng PIC 10F, 12F , 16F, gọi dịng phổ thơng (Mid Range), có độ dài lệnh 14 bit -Loại thứ ba dóng PIC 18F (High End) , độ dài lệnh 16 bit PIC 16F877A dòng PIC phổ biến , đủ mạnh tính năng, nhớ đủ cho ứng dụng thông thường 2.1.1 Tổ chức phần cứng : Tổ chức phần cứng vi điều khiển thiết kế theo hai kiến trúc: Harvard Von Neumann.Tổ chức phần cứng PIC16F877A thết kế theo kiến trúc Harvard Hình 2.1: Kiến trúc Harvard Von Neumann Trên hình vẽ ta thấy, cấu trúc Von Neumann nhớ chương trình nhớ liệu nằm chung nhớ CPU truy cập vào hai nhớ thơng qua bus, thời điểm CPU truy cập vào hai nhớ Đối với cấu trúc Harvard, nhớ liệu nhớ chương trình tổ chức riêng Do đó, thời điểm, CPU tương tác với hai nhớ, tốc độ xử lý vi điều khiển nhanh Vì PIC16F877A thiết kế với kiến trúc Harvard nên có tập lệnh rút gọn RISC (reduced instruction set computer) nên tập lệnh PIC16F877A khơng có lệnh nhân, chia mà phép nhân chia thay thực liên tiếp nhiều phép cộng trừ cần lệnh ADD lệnh SUBB đủ 011 100 101 110 111 - Thanh ghi TMR0 đại 01h 101h : chứa giá trị định thời Timer0 - Thanh ghi INTCON : cho phép ngắt hoạt động Thanh ghi chứa bit điều khiển bít cờ hiệu timer0 bị tràn, ngắt ngoại vi RB0/INT ngắt interrupt_on_change chân PORTB Hình 9: Cấu trúc ghi INTCON cho phép ngắt Timer0 hoạt động Bit GIE Global Interrupt Enable bit GIE = cho phép tất ngắt GIE = không cho phép tất ngắt Bit PEIE Pheripheral Interrupt Enable bit Bit TMR0IE Timer0 Overflow Interrupt Enable bit TMR0IE = cho phép ngắt Timer0 TMR0IE = không cho phép ngắt Timer0 Bit RBIE RB0/INT External Interrupt Enable bit Bit RBIE RB Port change Interrupt Enable bit RBIE = cho phép ngắt RB Port change RBIE = không cho phép ngắt RB Port change Bit TMR0IF Timer0 Interrupt Flag bit TMR0IF = ghi TMR0 bị tràn (phải xóa cờ hiệu chương trình) TMR0IF = ghi TMR0 chưa bị tràn Bit INTF BR0/INT External Interrupt Flag bit INTF = ngắt RB0/INT xảy (phải xóa cờ hiệu chương trình) INTF = ngaột RB0/INT chửa xaỷy Bit RBIF RB Port Change Interrupt Flag bit RBIF = có chân RB7:RB4 có thay đổi trạng thái Bít phải xóa chương trình sau kiểm tra lại giá trị chân PORTB RBIF = khơng có thay đổi trạng thái chân RB7:RB4 2.2 Module cảm biến màu sắc TCS3200 Hình 2-1: module cảm biến màu sắc TCS3200 Cảm biến màu TCS3200 loại cảm biến màu RGB cấu tạo bao gồm photodiode silicon kết hợp với lọc Red, Green, Blue đồng thời chuyển đổi cường độ ánh sáng sang tần số tương ứng (tần số xung tỉ lệ thuận với cường độ ánh sáng ) tất tích hợp chip đơn Hình 2-2: Sơ đồ khối chức Khối mảng ma trận 8x8 gồm photodiode.Bao gồm 16 photodiode lọc màu sắc xanh dương (Blue),16 photodiode lọc màu đỏ (Red),16 photodiode lọc màu xanh lá(Green) 16 photodiode trắng không lọc (Clear).Tất photodiode màu kết nối song song với ,và đặt xen kẽ nhằm mục đích chống nhiễu Bản chất loại photodiode lọc ánh sáng có mầu sắc khác Có nghĩa tiếp nhận ánh sáng có màu với loại photodiode tương ứng khơng tiếp nhận ánh sáng có màu sắc khác Hình 2-3: Sơ đồ khối chức cảm biến TCS230 Việc lựa chọn loại photodiode thơng qua chân đầu vào S2,S3 : Hình 2-4: Lựa chọn photodiode Khối thứ chuyển đổi dòng điện từ đầu khối thứ thành tần số : ck ON / OFF 2.7.2 Đặc tính thơng số kỹ thuật LM2596 IC giảm áp 3A Có điều chỉnh 3.3V, điều chỉnh 5V, điều chỉnh 12V điều chỉnh biến đổi Điện áp đầu vào: 4,5V đến 40V Điện áp đầu tối thiểu: 3,16V Dòng điện đầu liên tục: 3A Dòng đầu đỉnh: 6.9A Tần số chuyển mạch: 150KHz Gói To-220 To-263 2.8 Động Cơ DC Giảm Tốc GA37-520 (12V/200RPM) Động DC giảm tốc JGB37-520 DC Geared Motor có cấu tạo kim loại cho độ bền độ ổn định cao, sử dụng mơ hình robot, xe, thuyền, , hộp giảm tốc động có nhiều tỉ số truyền giúp bạn dễ dàng lựa chọn lực kéo tốc độ (lực kéo lớn tốc độ chậm ngược lại), động sử dụng nguyên liệu chất lượng cao (lõi dây đồng nguyên chất, thép 407, vòng tiếp xúc niken, nam châm từ tính mạnh, ) cho sức mạnh độ bền vượt trội loại giá rẻ thị trường (sử dụng lõi dây nhơm, nam châm từ tính yếu) Thơng số kỹ thuật: Điện áp sử dụng: 12VDC Đường kính: 37mm Loại 12VDC 200RPM: o Dịng khơng tải: 50mA o Dịng chịu đựng tối đa có tải: 1.2A o Tốc độ khơng tải: 200RPM (200 vịng phút) o Tốc độ chịu đựng tối đa có tải: 190RPM (190vịng phút) o Lực kéo Moment định mức: 2.5KG.CM o Lực léo Moment tối đa: 24KG.CM 2.9 Các phần mềm sử dụng 2.9.1 CCS C Compiler CCS trình biên dịch lập trình ngơn ngữ C cho Vi điều khiển PIC hãng Microchip Giống nhiều trình biên dich C khác cho PIC, CCS giúp cho người sử dụng nắm bắt nhanh vi điều khiển PIC sử dụng PIC dự án Điểm bật cơng cụ trình biên dịch tối ưu code thông minh Bộ thư viện hàm đa dạng, cho phép phát triển nhanh ứng dụng mà không cần hiểu nhiều PIC 2.9.2 Altium designer Altium Designer trước có tên gọi quen thuộc Protel DXP, công cụ vẽ mạch điện tử mạnh Được phát triển hãng Altium Limited Altium designer phần mềm chuyên nghành sử dụng thiết kế mạch điện tử Altium Designer có số đặc trưng sau: - Giao diện thiết kế, quản lý chỉnh sửa thân thiện, dễ dàng biên dịch, quản lý file, quản lý phiên cho tài liệu thiết kế - Hỗ trợ mạnh mẽ cho việc thiết kế tự động, dây tự động theo thuật toán tối ưu, phân tích lắp ráp linh kiện Hỗ trợ việc tìm giải pháp thiết kế chỉnh sửa mạch, linh kiện, netlist có sẵn từ trước theo tham số - Mở, xem in file thiết kế mạch dễ dàng với đầy đủ thông tin linh kiện, netlist, liệu vẽ, kích thước, số lượng… - Hệ thống thư viện linh kiện phong phú, chi tiết hoàn chỉnh bao gồm tất linh kiện nhúng, số, tương tự… - Đặt sửa đối tượng lớp khí, định nghĩa luật thiết kế, tùy chỉnh lớp mạch in, chuyển từ schematic sang PCB, đặt vị trí linh kiện PCB - Mô mạch PCB 3D, đem lại hình ảnh mạch điện trung thực khơng gian chiều, hỗ trợ MCAD-ECAD, liên kết trực tiếp với mơ hình STEP, kiểm tra khoảng cách cách điện, cấu hình cho 2D 3D - Hỗ trợ thiết kế PCB sang FPGA ngược lại 2.9.3 Solitwork Solidworks phần mềm thiết kế 3D mạnh mẽ tích hợp nhiều cơng cụ hỗ trợ đa dạng nên kỹ sư tín nhiệm Đồng thời, phần mềm ứng dụng rộng rãi vào lĩnh vực từ: xây dựng, đường ống, kiến trúc, nội thất, Trải qua nhiều phiên bản, Solidworks có nhiều bước tiến vượt trội tính năng, hiệu suất đáp ứng mong đợi nhu cầu thiết kế vẽ 3D chuyên nghiệp cho ngành kỹ thuật, công nghiệp Chương Thiết kê máy 3.1 Nguyên lý hoạt động -Sơ đồ khối nguyên lý hoạt động Trái Băng Tải Cảm biến hồng ngoại Động Servo gạt Động Servo gạt LCD hiển thị số lượng trái đỏ / xanh vừa gạt Sơ đồ nguyên lý hoạt động mô x X Y Y Khi máy khởi động , ta đặt cà chua cảm biến TCS3200 ,Cảm biến nhận diện màu kích hoạt bang tải chạy , cảm biến nhận đỏ đông servo1 gạt , cảm biến xanh động servo gạt Sau hình LCD hiển thị cộng số lượng cho màu vừa gạt 3.2 Thiết kế phân cứng 3.2.1 Sản phẩm cần phân loại 3.2.2 Cấu tạo phần thân máy Thân máy ;Thân máy cấu tạo nhơm định hình 60x30 có độ bền cao , trọng lương nhẹ thép ,có thê tái sử dung Băng dân hướng : Băng dùng băng pvc có chiều dài 80cm , chiều ngang 6cm , có nhiệm vụ dẫn hướng trái đến động gạt Động DC Servo JGB37-520 DC Geared Motor có cấu tạo kim loại cho độ bền độ ổn định cao Hộp giảm tốc động có nhiều tỉ số truyền giúp dễ dàng lựa chọn lực kéo tốc độ (lực kéo lớn tốc độ chậm ngược lại), động sử dụng với nguyên liêu tốt giá rẻ 3.1 Hình ảnh 3d 3.2Hình Ảnh Thực tế Bộ cảm biến màu TCS3200: Tại thời điểm có lọc màu chọn Việc chọn lọc màu thực thông qua chân S2 S3 bảng S2 L L H H 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 vuông ngõ lấy kết màu sắc Bộ cảm biến tiệm cận : dùng để phát hiên vật gần hổ trợ động gạt Bằng cách gửi tín hiệu pic16f877a Động servor MG996R : MG996R động servo bánh kim loại với mô-men xoắn cực đại 11 kg / cm Động quay cần để gạt cà chua nhận tín hiệu xung PWM 3.3 Hình ảnh mơ 3d lắp ráp máy hồn chỉnh 3.4 Hình ảnh thực tế 3.4 Lưu đồ giải thuật ... năm 2022 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ MƠN HỌC: Thiết kế hệ thống điện tử Đề tài: Máy phân loại trái theo màu Lớp học phần: DHCDT15ATT Nhóm: S TT Huy... tơi chọn đề tài ? ?Thiết kế mơ hình phân loại trái theo màu sử dụng vi điều khiển PIC16F877A” Trong mơ hình tồn hệ thống sản xuất (ở hệ thống băng chuyền) điều khiển cách tự động phân loại màu đếm... phân loại sản phẩm Với hệ thống tự động hóa giảm thiểu nhân cơng kèm với giảm chi phí sản xuất Trên đề tài : ? ?Máy phân loại Trái theo màu ” Thầy Lê Duy Tuấn hướng dẫn thực Đề tài gồm nội dung sau: