Đồ án môn học thiết kế hệ thống nhúng đề tài nghiên cứu băng tải dây chuyền phân loại sản phẩm theo chiều cao

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA ĐỒ ÁN MƠN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG NHÚNG ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU: BĂNG TẢI DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO Giảng viên hướng dẫn : TS Đoàn Thị Hương Giang Sinh viên thực hiện: Ngô Viết Cảnh :19810000203 Phạm Anh Dũng : 19810000350 Nguyễn Trọng Ban : 19810000266 Phạm Quang Tùng : 19810000002 Lớp : D14 THDK&TDH Hà Nội, tháng năm 2023 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN .7 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Khái niệm hệ thống phân loại sản phẩm 1.3 Ý nghĩa hệ thống phân loại sản phẩm 1.5 Mục tiêu đề tài .8 1.6 Phạm vi nghiên cứu CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 10 2.1Tổng quan arduino uno 10 2.1.1: Lịch sử 10 2.1.2: Arduino uno r3 10 2.1.3 Năng lượng .12 2.1.4 Các chân lượng 12 2.1.5 Bộ nhớ 13 2.1.6 Lập trình cho Arduino 16 2.2 Tìm hiểu LCD .16 2.2.1 Tổng quan 16 2.2.2 Chức chân: 17 2.3 Tìm hiểu L298N .18 2.3.1 Tổng quan 18 2.3.2 Cấu tạo 19 2.4 Tìm hiểu cảm biến hồng ngoại 20 2.4.1 Tổng quan: 20 2.4.2 Thông số kỹ thuật: 20 2.5 Băng tải mini 21 2.5.1 Cấu tạo băng tải mini: .21 2.5.2 Động băng tải .22 2.5.3 Ưu điểm băng tải mini .23 2.5.4 Động servo MG90S 24 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 25 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 25 3.1.1 Nguyên lý sơ đồ khối 25 3.1.2 Nguyên lý hoạt động – quy trình cơng nghệ 26 3.2 Thiết kế chi tiết khối 26 3.2.1 Khối hiển thị thông báo trạng thái .26 3.2.3 Khối điêu khiển ARDUINO UNO .26 3.2.4 Khối cảm biến 27 3.2.5 Khối phím bấm 27 3.3 Thiết kế chi tiết toàn hệ thống .28 3.4 Hình vẽ minh họa hệ thống hoàn chỉnh 29 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ PHẦN MỀM 30 4.1 Lưu đồ thuật toán 30 4.2.Lưu đồ thuật toán điều khiển thiết bị cảm biến: 31 4.3 Chương trình 31 KẾT LUẬN 34 TÀI LIỆU THAM KHẢO 35 MỤC LỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Thông số chân arduino……………………………………………11 Bảng 2.2: ……………………………………18 Chức chân…………… Hình 2.1Arduino uno…………………………………………………………….10 Hình 2.2: Vi điều khiển Atmega328…………………………………………… 14 Hình 2.3: Các cổng vào ARD………………………………………………….15 Hình 2.4: Màn hình nhập liệu code…………………………………………… 16 Hình 2.5 : Hình dáng LCD……………………………………………………… 17 Hình 2.6: Mạch điều khiển động DC L298N……….… ……………….… …19 Hình 2.7: Chức chân L298………………………………… ……… ….19 Hình 2.8: Cảm biến E18-D80NK………………………………………… ……… 20 Hình 2.9: Băng tải mini …………………………………………….………….….…… 21 Hình 2.10: Bản vẽ khí……………………………………………………… ……….22 Hình 2.11: Động giảm tốc JGB37 – 555 60 rp…………………………… ….23 Hình 2.12: Động Servo RC MG90S………………………………………….…….24 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống…………………………….……….… ………….22 Hình 3.2: Khối hiển thị thơng báo trạng thái………………………… …………22 Hình 3.3: Khối điều khiển ARD……………………………… …………………22 Hình 3.4: Cảm biến hồng ngoại……………………………………………….….23 Hình 3.5: Khối nút điều khiển………………………………… ……………… 23 Hình 3.6: Servo DC-motor……………………………………… …………24 Hình 3.7: Chi tiết tồn hệ thống…………………………….……… …… 25 Hình 3.8: Hình ảnh thực tế……………………………… ………………… ….25 Hình 4.1: Lưu đồ thuật tốn hệ thống…………………………… ……… ……30 Hình 4.2: Lưu đồ thuật tốn cảm biến…………………….…………………… 31 LỜI NÓI ĐẦU Trong kinh tế nay, việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất đời sống ngày phổ biến Nhung ứng dụng sáng tạo khoa học kỹ thuật thuờng áp dụng đuợc cho nhà máy có mơ hình sản xuất tiên tiến với quy mơ kinh doanh lớn Tuy nhiên, nhà máy, xí nghiệp nhỏ hay hợp tác xã nông thôn địa phương cịn sản xuất theo mơ hình thủ cơng, chủ yếu dựa vào sức người lao động Do đó, nhóm chúng em định nghiên cứu mạch đếm sản phẩm nhằm đưa việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào mơ hình sản xuất thơ sơ địa phương Bên cạnh mạch đếm sản phẩm thơng thuờng, nhóm chúng em nghiên cứu thêm cách nhận dạng chiều cao sản phẩm Với kết hợp hai chức vào mơ hình sản xuất góp phần làm tăng chất luợng sản phẩm lợi nhuận kinh tế Bài báo cáo trình bày cách thiết hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao băng tải quy mơ mơ hình Trong q trình thiết kế khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn.Với vấn đề nêu nhóm sinh viên chúng em thực đề tài: “Thiết kế, chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao” Với hướng dẫn dạy nhiệt tình giảng viên TS.Đồn Thị Hương Giang Phần thiết kế bao gồm: sơ đồ mạch lắp ráp, thuật tốn viết chương trình điều khiển cho vi xử lý Mặc dù chúng em cố gắng trình thực đề tài Tuy nhiên, thời gian không nhiều hạn chế kiến thức nên nội dung nhiều thiếu sót Chúng em mong nhận góp ý thầy cô bạn sinh viên để báo cáo chúng em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! LỜI CẢM ƠN Lời chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Đồn Thị Hương Giang Cơ hướng dẫn giúp đỡ tận tình chúng em nghiên cứu hoàn thành tốt đồ án Những lời nhận xét góp ý hướng dẫn thầy giúp chúng em có định hướng đắn trình thực đồ án, giúp chúng em nhìn ưu khuyết điểm đồ án bước khắc phục để có kết tốt Chúng em xin cảm ơn thầy cô khoa Điều Khiển Tự Động Hóa, truyền đạt cho chúng em kiến thức chuyên ngành, công nghệ cách làm việc nhóm đề hồn thành tốt đồ án môn học Hà Nội, tháng năm 2023 CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN 1.1 Đặt vấn đề Ngày nay, việc tập trung hóa- tự động hóa cơng tác quản lí, giám sát điều khiển hệ thống tự động nhằm cao hiệu trình sản xuất, tránh rủi ro tiết kiệm chi phí hạn chế hướng tất yếu trình sản xuất tránh khỏi, thời gian với phát triển mạnh mẽ công nghệ với phát triển vượt bậc kĩ thuật vi điện tử , kĩ thuật truyền thông công nghệ phần mềm thời gian qua lĩnh vực điều khiển tự động đời, phát triển ngày đa đạng đáp ứng yêu cầu sống, địi hỏi trình tự động lĩnh vực cơng nghiệp phải lựa chọn trình điều khiển cho phù hợp với yêu cầu thực tế đặt cho ngành đảm bảo điều kiện sở vật chất cho phép, tiết kiệm chi phí vận hành, nâng cao hiệu sản xuất, dễ dàng bảo trì sửa chữa hệ thống có cố thực tiễn đặt để quản lí nhà máy sản xuất cách linh hoạt ổn định phù hợp nhất, tiết kiệm phải an toàn trước thời thách thức thời đại, nhận biết nắm bắt vận dụng thành tựu cách có hiệu khoa học kĩ thuật giới nói chung kĩ thuật điều khiển tự động nói riêng Sự áp dụng kĩ thuật điều khiển tự động ứng dụng rộng rãi nghành sản xuất lớn, doanh nghiệp lớn cách nhanh chóng bên cạnh doanh nghiệp vừa nhỏ quy mơ sản xuất ngược lại hồn tồn chưa áp dụng đặc biệt khâu cân sản phẩm đóng gói bao bì, sử dụng sức người, cho suất chưa hiệu sở thực tế khách quan, yêu cầu xã hội giới nước, đề tài có nhiều tiềm nghiên cứu ứng dụng khai thác cách khả thi tốt Việc ứng dụng kĩ thuật điều khiển vào “quá trình phân loại sản phẩm” thành tựu đáng kể làm thay đổi sản xuất cũ mang nhiều hạn chế Làm thay đổi cục diện cơng nghiệp mạnh mẽ trở thành vấn đề hứng thú đầy tiềm cho chúng em tìm hiểu xây dụng thiết kế cải tiến góp phần vào hồn thiện phát triển sâu, rộng đời sống sản xuất người 1.2 Khái niệm hệ thống phân loại sản phẩm Hệ thống phân loại sản phẩm hệ thống điều khiển tự động bán tự động nhằm chia sản phẩm nhóm có thuộc tính với để thực đóng gói hay loại bỏ sản phẩm hỏng - Có nhiều cách phân loại hệ thống phân loại sản phẩm Ví dụ : • Dựa phương thức điều khiển chia hệ thống tự động hay bán tự động, có tham gia người hay khơng mức độ đến đâu, điều khiển PLC, vi xử lí • Theo màu sắc: màu sắc cảm biến màu nhận biết chuyển sang tín hiệu điện qua chuyển đổi ADC xử lí • Theo trọng lượng, hình dáng kích thước bên Ngoài nhiều cách phân loại khác tùy vào yêu cầu khác biệt phôi với 1.3 Ý nghĩa hệ thống phân loại sản phẩm Hệ thống phân loại sản đời hình thành phát triển giai đoạn kinh tế giới nói chung đất nước đánh dấu thêm bước ngoặt quan trọng cho tiến khoa học- công nghệ kĩ thuật thực tế ứng dụng cách tốt cho mục đích cao, khó người Có tầm quan trọng ảnh hưởng lớn đến công nghiệp đặc biệt tình hình nước Việt Nam ta làm tăng nhiều mặt tốt phục vụ cho lại đáng kể cho sống phát triển kinh tế người hứa hẹn phát triển vững mạnh ổn định lâu dài đồng thời tảng cho phát triển tập đoàn kinh tế giới Một lần khẳng định có vai trị quan trọng cho hoạt động phát triển cung cấp phân phối sản phẩm tới người cách tốt nhất, giúp đời sống người nâng cao vấn đề số lượng chất lượng sản phẩm thay đổi đáng kể nhận thấy rõ phân hóa đa dạng mẫu mã chủng loại sản phẩm thấy rõ chất lượng ngày nâng cao đáp ứng nhu cầu sức khỏe người cách hoàn hảo Từ thay máy móc thiết bị đại, giảm thiểu lớn thời gian lao động sức tiếp cho trình sản xuất qua trình khác để tạo sản phẩm nhận thấy mạnh cơng việc khó khăn phức tạp thay máy móc tự động nhiều, người cần điều khiển hệ thống, máy móc, thiết bị… buồng điều khiển riêng biệt nhờ mà sức khỏe đời sống vật chất tinh thần ngày nâng cao cải thiện cách rõ rệt không kể từ đời vấn đề sinh thái, ô nhiễm môi trường sống mức báo động, hay biến đổi khí hậu thiên nhiên có hình thành nhanh chóng gây hậu vơ nguy hiểm lâu dài làm cho tồn người không bền lâu Bởi vậy, hệ thống phân loại sản phẩm nói riêng nhiều hệ thống tự động khác có ý nghĩa vào kỉ người tác động trực tiếp tác hại hậu gây giải pháp tối ưu cho hệ thống tự động cho công việc khó khăn phức tạp nhiều nguy hiểm tiềm tàng 1.5 Mục tiêu đề tài Nâng cao hiệu suất làm việc việc áp dụng tự động hóa vào sản xuất việc phân loại sản phẩm theo chiều cao Nâng cao tiện dụng hệ thống dụng hệ thống với hệ thống điều khiển giám sát, cho phép người vận hành làm chủ chức hoạt động Thiết kế, chế tạo, mơ hình hồn chỉnh hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao thời gian cho phép 1.6 Phạm vi nghiên cứu Với mục tiêu thiết kế chế tạo phân loại sản phẩm theo chiều cao điều kiện thời gian, kinh phí có hạn đề tài giới hạn phạm vi sau: - Mơ hình hóa hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao dùng cho học tập nghiên cứu - Mơ hình dừng lại chức phân loại mẫu sản phẩm mơ hình, khơng áp dụng vào thực tế - Cơ cấu phân loại sử dụng động RC Servo - Sử dụng cảm biến Khoảng Cách E18-D80NK, đo chiều cao vật thể CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 2.1Tổng quan arduino uno 2.1.1: Lịch sử Arduino bo mạch vi điều khiển nhóm giáo sư sinh viên nước Ý thiết kế đưa vào năm 2005 Mạch Arduino sử dụng để cảm nhận điều khiển nhiều đối tượng khác Nó thực nhiều nhiệm vụ lấy tín hiệu từ cảm biến đến điều khiển đèn, động cơ, nhiều đối tượng khác Ngồi mạch cịn có khả liên kết với nhiều module khác module đọc thẻ từ, ethernet shield, sim900A, ….để tăng khả ứng dụng mạch Phần cứng bao gồm board mạch nguồn mở thiết kế tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, ARM, Atmel 32-bit,… Hiện phần cứng Arduino có tất phiên bản, Tuy nhiên phiên thường sử dụng nhiều Arduino Uno Arduino Mega 2.1.2: Arduino uno r3 + Cấu Tạo: 10 cấp xung điều khiển động Servo kết nối phần cứng với cấu gạt sản phẩm 3.1.2 Nguyên lý hoạt động – quy trình cơng nghệ Nhấn nút cơng tắc Start, băng tải bắt đầu hoạt động Sản phẩm từ đầu băng tải đến vị trí đo chiều cao phát cảm biến hồng ngoại CB1, hệ thống tiến hành đo chiều cao thông qua cảm biến siêu âm đặt đỉnh buồng, hình LCD hiển thị chiều cao loại sản phẩm, đếm số sản phẩm Nếu sản phẩm thấp đến vị trí cảm biến CB2 động Servo1 gạt sản phẩm xuống máng phân loại Nếu sản phẩm trung bình đến vị trí cảm biến CB2 động Servo2 gạt sản phẩm xuống máng phân loại Số lượng sản phẩm tương ứng đếm lên Nếu nhấn Stop hoạt động tạm dừng 3.2 Thiết kế chi tiết khối 3.2.1 Khối hiển thị thơng báo trạng thái Hình 3.2: Khối hiển thị thông báo trạng thái Bộ phận hiển thị hệ thống hình LCD loại LM016L cho phép hiển thị trạng thái mà người dùng sử dụng hiển thị số lượng đồ vật phân loại 3.2.3 Khối điêu khiển ARDUINO UNO 26 Hình 3.3: Khối điều khiển ARD 3.2.4 Khối cảm biến Hình 3.4: Cảm biến hồng ngoại Sau phát có vật cản truyền tín hiệu tới servo đẩy vào máng 3.2.5 Khối phím bấm 27 Hình 3.5: Khối nút điều khiển 3.2.6 Khối servo động Hình 3.6: Servo DC-motor 3.3 Thiết kế chi tiết toàn hệ thống 28 Hình 3.7: Chi tiết tồn hệ thống 29 3.4 Hình vẽ minh họa hệ thống hồn chỉnh Hình 3.8: Hình ảnh thực tế 30 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ PHẦN MỀM 4.1 Lưu đồ thuật toán - Lưu đồ thuật tốn tồn hệ thống : 31 Hình 4.1: Lưu đồ thuật tốn hệ thống 4.2.Lưu đồ thuật toán điều khiển thiết bị cảm biến: 32 Hình 4.2: Lưu đồ thuật tốn cảm biến 4.3 Chương trình #include int cambien1 = 7; int cambien2 = 8; int servo1=9; int servo2=10; int goc; int gtcambien; int button = 6; Servo servo01; Servo servo02; #include #include 33 LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); int demcao = 0; int demthap = 0; void setup() { Serial.begin(9600); servo01.attach(10); servo02.attach(9); pinMode(cambien1, INPUT); pinMode(cambien2, INPUT); pinMode(button, INPUT); lcd.init(); lcd.backlight(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("SAN PHAM CAO :"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("SAN PHAM THAP:"); } void loop() { if(digitalRead(cambien1) ==1) { demcao++; delay(1000); servo01.write(80); delay(1500);} lcd.setCursor(15,0); 34 + lcd.println(demthap); servo02.write(0); delay(100); { if(digitalRead(cambien2) ==1) { demthap++; delay(1000); servo02.write(90); delay(1500);} lcd.setCursor(15,1); lcd.println(demcao); servo01.write(0); delay(100); } int buttonStatus = digitalRead(button); if (buttonStatus == HIGH) { demcao=0; demthap=0; lcd.setCursor(15,1); lcd.println(demthap); lcd.setCursor(15,0); lcd.println(demcao); } } 35 KẾT LUẬN Qua nghiên cứu mạch điều khiển quạt thông minh chúng em hiểu thêm vi xử lí, động cơ, adruino uno phương pháp điều khiển chúng Nghiên cứu thiết kế: BỘ ĐIỀU KHIỂN BĂNG TẢI PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO đáp ứng nhu cầu ham muốn học hỏi thân giúp cho bạn sinh viên dễ tiếp cận hiểu sâu vi điều khiển họ 8051, Arduino Vi điều khiển khơng góp phần vào kỹ thuật điều khiển mà cịn góp phần to lớn vào việc phát triển thơng tin Chính lý trên, việc tìm hiểu, điều mà sinh viên ngành tự động hóa quan tâm Nhóm nghiên cứu thiết kế, chế tạo thành cơng hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao Đây hệ thống điện tử hoàn chỉnh, kết hợp khí- điện tử- tin học, đề tài tài liệu tham khảo, phục vụ tốt cho công tác đào tạo, nghiên cứu, ứng dụng phát triển công nghiệp sản xuất tự động hóa Việt Nam 36 Ưu điểm: hệ thống làm việc ổn định, linh hoạt với hai chế độ điều khiển tay điều khiển tự động, dễ dàng thay đổi thông số đầu vào nhờ lập trình điều khiển dễ dàng thay đổi, độ xác cao Xây dựng kết cấu khí, mạch điều khiển, động hoàn thiện gắn liền với thực tế Qua đó, chúng em nắm rõ ngun lí hoạt động phương pháp điều khiển vi xử lý Hơn nắm rõ linh kiện hay IC mạch khác, góp phần chút kiến thức cho thân bạn TÀI LIỆU THAM KHẢO Cấu trúc lập trình Adruino Cấu trúc lập trình ghép nối ứng dụng Vi điều khiển (Nhà xuất Lao động – Xã hội) - Nguyễn Mạnh Giang Kỹ thuật điện tử (Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật) - Phạm Minh Hà Vi điều khiển đo lường điều khiển tự động (Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật) - Ngô Diện Tập Họ Vi điều khiển 8051 ( Nhà xuất Lao động – Xã hội) Nguồn internet 37 38 39 40