Đang tải... (xem toàn văn)
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật trên con đường công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước. Ngành điện tử nói chung đã có những bước tiến vượt bậc và mang lại những thành quả đáng kể. Để thúc đẩy nề kinh tế của đất nước ngày càng phát triển, giàu mạnh thì phải đào tạo cho thế hệ tréco đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội. Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo thì phải đưa ra các phương tiện dạy học hiện đại vào trong giảng đường, trường học có như vậy thì trình độ của con người ngày càng cao mới đáp ứng được nhu của xã hội. Trường ĐHSPKT Hưng Yên là một trong số những trường đã rất trú trọng đến việc hiện đại hoá trang thiết bị nhằm nâng cao hiệu quả trong giảng dạy cũng như giúp sinh viên có khả năng thực tế cao.Để các sinh viên có tăng khả năng tư duy và làm quen với công việc thiết kế, chế tạo chúng em đã được giao cho thực hiện đồ án: “Thiết kế chế tạo mạch đếm sản phẩm sử dụng module cảm biến hồng ngoại hiển thị trên led 7 thanh” nhằm củng cố về mặt kiên thức trong quá trình thực tế.Sau khi nhận đề tài, nhờ sự giúp đỡ tận tình của giảng viên hướng dẫn cùng với sự lỗ lực cố gắng của cả nhóm, sự tìm tòi, nghiên cứu tài liệu, đến nay đồ án của chúng em về mặt cơ bản đã hoàn thành. Trong quá trình thực hiện dù đã rất cố gắng nhưng do trình độ còn hạn chế kinh nghiệm còn ít nên không thể tránh khỏi sai sót. Chúng em mong nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo trong khoa để đồ án của chúng em ngày càng hoàn thiện hơn.Chúng em xin chân thành cảm ơn cô giáo cùng với các thầy giáo trong khoa đã giúp chúng em hoàn thành đồ án.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BÁO CÁO ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo mạch đếm sản phẩm dùng module cảm biến hồng ngoại hiển thị led Giảng viên hướng dẫn: Vũ Trọng Trường Sinh viên thực Phạm Đức Hoàng - 11220063 : Vũ Xuân Hiếu Mã lớp : 112202 Năm học 2023 - 11220265 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hưng Yên, ngày…tháng…năm 2023 Chữ ký giáo viên hướng dẫn Lời nói đầu Cùng với phát triển kinh tế khoa học kỹ thuật đường cơng nghiệp hố đại hố đất nước Ngành điện tử nói chung có bước tiến vượt bậc mang lại thành đáng kể Để thúc đẩy nề kinh tế đất nước ngày phát triển, giàu mạnh phải đào tạo cho hệ tréco đủ kiến thức để đáp ứng nhu cầu ngày cao xã hội Đòi hỏi phải nâng cao chất lượng đào tạo phải đưa phương tiện dạy học đại vào giảng đường, trường học có trình độ người ngày cao đáp ứng nhu xã hội Trường ĐHSPKT Hưng Yên số trường trú trọng đến việc đại hoá trang thiết bị nhằm nâng cao hiệu giảng dạy giúp sinh viên có khả thực tế cao Để sinh viên có tăng khả tư làm quen với công việc thiết kế, chế tạo chúng em giao cho thực đồ án: “Thiết kế chế tạo mạch đếm sản phẩm sử dụng module cảm biến hồng ngoại hiển thị led thanh” nhằm củng cố mặt kiên thức trình thực tế Sau nhận đề tài, nhờ giúp đỡ tận tình giảng viên hướng dẫn với lỗ lực cố gắng nhóm, tìm tịi, nghiên cứu tài liệu, đến đồ án chúng em mặt hồn thành Trong q trình thực dù cố gắng trình độ cịn hạn chế kinh nghiệm cịn nên khơng thể tránh khỏi sai sót Chúng em mong nhận bảo giúp đỡ đóng góp ý kiến thầy cô giáo khoa để đồ án chúng em ngày hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn cô giáo với thầy giáo khoa giúp chúng em hoàn thành đồ án Lời cảm ơn Qua thời gian thực hiện, đến đề tài: “Thiết kế chế tạo mạch đếm sản phẩm sử dụng module cảm biến hồng ngoại hiển thị led thanh” hoàn thành Trong thời gian thực hiện, em nhận nhiều giúp đỡ quý báu cá nhân, tập thể Em xin chân thành cảm ơn tới Thầy Vũ Trọng Trường hướng dẫn, giúp đỡ em tận tình trình thực đồ án Em xin cảm ơn thầy, cô giáo, lãnh đạo Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho em trình học tập, nghiên cứu hoàn thành đồ án Cuối em xin bày tỏ lịng biết ơn đến gia đình, động viên giúp đỡ tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu hoàn thành nội dung đồ án Hưng Yên, ngày tháng năm 2023 MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tổng quan đề tài 1.3 Phân tích yêu cầu đề 1.4 Mục tiêu đề tài 1.5 Các phương án thực .8 1.6 Ý nghĩa đề tài CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .10 2.1 Pic16F877A 10 2.1.1 Khái niệm 10 2.1.3 Thông số Pic16F877A 13 2.2 Module cảm biến hồng ngoại HW-201 14 2.2.1 Giới thiệu module cảm biến hồng ngoại HW-201 14 2.2.2 Cấu tạo module cảm biến hồng ngoại HW-201 15 2.2.3 Nguyên lý hoạt động module cảm biến hồng ngoại HW-201 .15 2.2.4 Cách nối module cảm biến hồng ngoại HW-201 16 2.2.5 Ứng dụng module cảm biến hồng ngoại HW-201 16 2.2.6 Ưu nhược điểm module cảm biến hồng ngoại HW-201 .17 3.1 Led 18 3.1.1 Khái niệm 18 3.1.2 Giới thiệu led số 18 3.1.3 Nguyên lý hoạt động Led 19 3.1.4 Phân loại LED 20 3.1.5 Nguồn Adapter 21 Chương III: Tính tốn và thiết kế sản phẩm 24 3.1 Sơ đồ khối 24 3.2 Sơ đồ ngun lí tồn mạch 24 3.2.3 Khối vi điều khiển 25 3.2.4 Khối hiển thị .26 3.3 Sơ đồ mạch in toàn mạch .27 3.4 Nguyên lí hoạt động mạch 27 3.5 Lưu đồ thuật toán 28 3.6 Chương trình .29 3.7 Sản phẩm hoàn thiện 31 KẾT LUẬN 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO 33 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Những thành tựu ngành kỹ thuật điện - điện tử ứng dụng nhiều ngành Để tăng xuất lao động, giảm thời gian, giảm thiểu chi phí hạn chế tai nạn lao động cơng nghiệp … Vì vậy, mạch điện tử có vai trị quan trọng dây truyền sản xuất công nghiệp Để hạn chế tối đa thời gian, nhân lực tăng độ xác công việc đếm số sản phẩm dây chuyền sản xuất công nghiệp từ mạch đếm sản phẩm ứng dụng rộng ngày nghiên cứu sâu Từ thực tiễn đó, việc tìm hiểu thiết kế mạch đếm sản phẩm cần thiết 1.2 Tổng quan đề tài Đề tài liên quan đến việc thiết kế chế tạo mạch đếm sản phẩm sử dụng cảm biến hồng ngoại hiển thị kết Led Cảm biến hồng ngoại sử dụng để đếm số sản phẩm sản xuất thông qua việc phát vật thể chúng qua trước cảm biến Sau đó, mạch điện tử đếm số lượng sản phẩm hiển thị kết Led Để hoạt động, mạch sử dụng linh kiện điện tử vi điều khiển, cảm biến hồng ngoại, led linh kiện khác Các tín hiệu từ cảm biến hồng ngoại gửi đến vi điều khiển để đếm số lượng sản phẩm điều khiển hiển thị Led Mạch đếm sản phẩm sử dụng cảm biến hồng ngoại hiển thị Led ứng dụng rộng rãi hệ thống sản xuất đóng gói sản phẩm nhà máy, xưởng sản xuất, v.v Nó giúp tăng hiệu suất xác q trình sản xuất kiểm tra sản phẩm, đồng thời giảm thiểu sai sót trình đếm kiểm tra sản phẩm Hình 1.1 Ứng dụng mạch đếm sản phẩm dùng cảm biến 1.3 Phân tích yêu cầu đề bài Mạch đếm sản phẩm: Yêu cầu thiết kế mạch điện tử để đếm số lượng sản phẩm từ 00 đến 25 Để làm điều này, cần sử dụng linh kiện đếm (counter), lưu trữ (registers), điều khiển (controller) linh kiện khác để tạo mạch đếm đơn giản xác Sử dụng cảm biến hồng ngoại: Để đếm số lượng sản phẩm, cần sử dụng cảm biến để phát xuất sản phẩm kích hoạt đếm Cảm biến hồng ngoại lắp đặt vị trí khác dây chuyền sản xuất để phát sản phẩm Hiển thị kết Led thanh: Kết đếm số lượng sản phẩm hiển thị Led 1.4 Mục tiêu đề tài Mục tiêu đề tài Thiết kế chế tạo mạch đếm sản phẩm sử dụng cảm biến hồng ngoại hiển thị led thiết kế chế tạo hệ thống đếm sản phẩm đơn giản, xác tiện dụng Mạch đếm sản phẩm sử dụng để đếm số lượng sản phẩm q trình sản xuất đóng gói sản phẩm Việc đếm sản phẩm giúp tăng độ xác suất trình sản xuất, giảm thiểu cố lỗi q trình đóng gói sản phẩm Hơn nữa, hệ thống đếm sản phẩm giúp quản lý số lượng sản phẩm sản xuất đóng gói cách dễ dàng xác 1.5 Các phương án thực * Phương án 1: Sử dụng vi điều khiển (microcontroller): Phương án sử dụng vi điều khiển để điều khiển mạch đếm sản phẩm hiển thị kết Led Vi điều khiển lập trình để đếm số lượng sản phẩm thông qua cảm biến điều khiển Led hiển thị kết đếm Phương án sử dụng vi điều khiển Arduino, STM32, PIC, * Phương án 2: Sử dụng IC đếm điều khiển: Phương án sử dụng IC đếm điều khiển để tạo mạch đếm sản phẩm điều khiển Led hiển thị kết đếm Các IC 74LS47, 74LS90, 4026, sử dụng để thiết kế mạch đếm sản phẩm * Phương án 3: Sử dụng mạch đếm sản phẩm có sẵn: Phương án sử dụng mạch đếm sản phẩm có sẵn để đếm sản phẩm hiển thị kết Led Các mạch đếm sản phẩm có sẵn mạch đếm sản phẩm tự động TM1637, Mạch đếm sản phẩm 4-bit TM1636 sản phẩm tương tự sử dụng để đơn giản hóa q trình thiết kế chế tạo mạch đếm sản phẩm Chọn phương án dùng Vi điều khiển Pic16F877A 1.6 Ý nghĩa đề tài Đề tài Thiết kế chế tạo mạch đếm sản phẩm sử dụng cảm biến cảm biến hồng ngoại hiển thị Led có ý nghĩa quan trọng hoạt động sản xuất đóng gói sản phẩm Việc đếm quản lý số lượng sản phẩm cách xác hiệu cần thiết để đảm bảo chất lượng sản phẩm, tăng suất giảm thiểu chi phí sản xuất Bên cạnh đó, đề tài cịn có ý nghĩa việc thúc đẩy phát triển công nghệ điện tử, đặc biệt lĩnh vực thiết kế chế tạo mạch điện tử Thông qua đề tài này, người thực có hội tiếp cận áp dụng kiến thức kỹ lĩnh vực điện tử vi điều khiển, điện tử số, cảm biến, Ngoài ra, đề tài cịn ứng dụng nhiều lĩnh vực khác kiểm tra số lượng sản phẩm siêu thị, đếm số lượng người tham gia kiện, đếm số lượng xe cộ đường phố, Do đó, đề tài có ý nghĩa lớn lĩnh vực sản xuất lẫn lĩnh vực khác NHẬN XÉT CHƯƠNG 1: Từ phần trên, ta rút điểm làm sau: Hiểu yêu cầu mục tiêu đề tài Thiết kế chế tạo mạch đếm sản phẩm sử dụng cảm biến cảm biến hồng ngoại hiển thị Led Biết phương án thực đề tài lựa chọn phương án phù hợp với tình cụ thể Nhận thức ý nghĩa đề tài, đặc biệt việc đảm bảo chất lượng sản phẩm, tăng suất giảm chi phí sản xuất Có hội tiếp cận áp dụng kiến thức kỹ lĩnh vực điện tử, đặc biệt vi điều khiển, điện tử số, cảm biến, Nhận thấy đề tài ứng dụng nhiều lĩnh vực khác có ý nghĩa lớn lĩnh vực sản xuất lẫn lĩnh vực khác Từ điểm trên, ta áp dụng để thực đề tài cách hiệu đạt kết tốt trình thực CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Pic16F877A 2.1.1 Khái niệm PIC16F877A Vi điều khiển PIC 40 chân sử dụng hầu hết dự án ứng dụng nhúng Nó có năm cổng cổng A đến cổng E Nó có ba định thời có định thời bit định thời 16 Bit Nó hỗ trợ nhiều giao thức giao tiếp giao thức nối tiếp, giao thức song song, giao thức I2C PIC16F877A hỗ trợ ngắt chân phần cứng ngắt định thời Hình2.1:Pic16F877A *Giao thức nối tiếp: Giao thức nối tiếp (Serial Protocol) IC PIC16F877A giao thức truyền thông nhớ không đồng (Asynchronous Memory Protocol), thường sử dụng để kết nối với thiết bị ngoại vi khác cảm biến, hình LCD, module Bluetooth, module Wi-Fi, máy in, máy tính, v.v Giao thức nối tiếp PIC16F877A sử dụng hai chân truyền nhận liệu (RX/TX) để truyền thông tin PIC16F877A thiết bị khác PIC16F877A hỗ trợ nhiều tốc độ truyền thông khác nhau, từ 300 baud đến 115200 baud, tùy thuộc vào tốc độ truyền thông mà thiết bị khác sử dụng Để sử dụng giao thức nối tiếp PIC16F877A, người dùng cần phải cấu hình ghi bên IC viết mã phần mềm để đọc ghi liệu Việc cấu hình ghi viết mã phần mềm thực thông qua việc sử dụng ngôn ngữ lập trình C Assembly *Giao thức song song Giao thức song song (Parallel Protocol) giao thức truyền thông mà sử dụng nhiều dây liệu (data lines) lúc để truyền thông tin thiết bị So với giao thức nối tiếp, giao thức song song truyền liệu nhanh đồng Tuy nhiên, giao thức song song có số hạn chế đòi hỏi nhiều chân liệu hơn, dễ bị nhiễu khó xử lý truyền liệu khoảng cách xa Do đó, giao thức song song thường sử dụng cho ứng dụng truyền thông ngắn tốc độ 10 Led hiển thị số dương chung thường xếp theo kiểu "8" ngược, số tạo thành từ led Các led đặt kết nối theo cấu trúc định để tạo số từ 00 đến 99 Thơng qua việc kích hoạt tắt led cách linh hoạt, chúng hiển thị số ký hiệu đặc biệt Led hiển thị số dương chung thường sử dụng ứng dụng điện tử đồng hồ đèn led, thiết bị đo lường, đèn hiển thị kỹ thuật số, bảng điều khiển số, v.v Các ứng dụng đòi hỏi hiển thị số đơn giản dễ đọc, led hiển thị lựa chọn phổ biến tính đơn giản rõ ràng chúng Hình 2.8: Cấu tạo led hiển thị số 3.1.3 Nguyên lý hoạt động Led Chúng ta đánh số led a,b,c,d,e,f,g • Biểu diễn chữ số Led Số hiển thị tất led phân đoạn cấp nguồn Ví dụ ta ngắt kết nối nguồn điện cho led ‘g’, hiển thị số 19 Hình 2.9: Hiển thị số Led Trong hình Led thanh, tùy vào việc cấp nguồn cho phân đoạn LED nào, mà tạo tổ hợp số hiển thị từ đến Vì cấu tạo Led dạng số 8, nên tạo thành bảng chữ X Z, khơng thể sử dụng cho bảng chữ sử dụng cho hiển thị độ lớn số thập phân Tuy nhiên, Led tạo thành chữ A, B, C, D, E F, chúng sử dụng để biểu diễn chữ số thập lục phân Để hiểu rõ cách hiển thị số từ đến 9, ta nhìn vào bảng mã led Bảng 3.1: Bảng mã led Số đếm dp 1 g 1 f 1 Số nhị phân e Biểu diễn trạng thái BẬT tương ứng với “0”, TẮT tương ứng với “1” Số phân đoạn sử dụng chữ số: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 6, 2, 5, 5, 4, 5, 6, 3, Tức để số đèn phải sáng, số đèn phải sáng,…Màn hình Led phải điều khiển thiết bị bên ngồi khác Đơn giản dùng điện trở để phân áp cho phân ddoanj LED Nhưng thường để điều khiển LED thanh, se dùng vi điều khiển, vi xử lý bo mạch chủ khác 3.1.4 Phân loại LED Theo loại ứng dụng, có hai loại hình LED thanh: hình cực dương chung (Common Anode) hình cực âm chung (Common Cathode) • Loại cực âm chung (Common Cathode) Trong LED Cathode chung, tất cực âm LED kết nối với theo logic nối đất Chúng sử dụng logic thơng qua điện trở giới hạn dịng điện để phân cực chuyển tiếp cực Anode riêng lẻ từ a đến g Tức với loại này, muốn phân đoạn LED sáng đặt mức logic lên chân (có thể 5V hay 3V tùy loại LED) • Loại cực dương chung (Common Anode) 20