NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ "MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN"
Lý do chọn đề tài
Xét điều kiện cụ thể ở nước ta công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa sử dụng ngày càng nhiều thiết bị hiện đại để điều khiển tự động các quá trình sản xuất, gia công , chế biến sản phẩm Điều này dẫn tới việc hình thành các hệ thống sản xuất linh hoạt, cho phép tự động hóa ở mức độ cao đối với sản xuất hàng loạt nhỏ và vừa trên cơ sở sử dụng các máy CNC, robot công nghiệp Trong đó có một khâu quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm là hệ thống phận loại sản phẩm.
Từ những nhu cầu sản xuất thực tế và quá trình học tập , nghiên cứu tại trung tâm Fact của trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật Hưng Yên Em mạnh dạn xin đưa ra đề tài “ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ , CHẾ TẠO MÔ HÌNH PHÂN
LOẠI SẢN PHÂM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN”.
Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc trong dây chuyền sản xuất tự động trong các nhà máy xí nghiệp của nước ta hiện nay.
Mục đích nghiên cứu
- Khi nghiên cứu đề tài này em muốn vận dụng những sản phẩm công nghệ khoa học tiên tiến áp dụng vào quá trình sản xuất tự động nhằm tạo ra năng suất , chất lượng cũng như giảm thiểu tối đa sức người trong sản xuất công nghiệp Mặt khác đây cũng là mô hình để các bạn sinh viên khoá sau tham khảo và nghiên cứu phát triển hơn nữa.
- Củng cố lại kiến thức lý thuyết đã được học tập nghiên cứu tại trường.
- Đây là đồ án tốt nghiệp để sinh viên hoàn thành chương trình học tập, nghiên cứu tại trường Chứng minh khả năng, năng lực của bản thân để sau khi ra trường trở thành một kĩ sư giỏi đóng góp nhiều cho nền công nghiệp nước nhà và xã hội.
Nhiệm vụ nghiên cứu
Với giới hạn của đề tài: “ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ , CHẾ TẠO MÔ HÌNH
PHÂN LOẠI SẢN PHÂM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN”.
Em đi sâu vào nghiên cứu những vấn đề chính sau đây:
Tìm hiểu về vi điều khiển mà trọng tâm là IC AT mega8 phần cứng và tập lệnh. Tìm hiểu về bộ phận hiển thị, màn hình LCD,Led 7 thanh.
Tìm hiểu về ngôn ngữ lập trình C, C++, Asembly… Viết chương trình cho IC
AT mega8, động cơ điện một chiều.
Tìm hiểu phần mềm thiết kế cơ khí CAD 2D, Inventor và những phần mềm thiết kế mạch điện tử như Eagle, Protus…
Tìm hiểu về vật liệu cơ khí chế tạo khung hệ thống sản phẩm, vật liệu làm băng chuyền, trục quay, ổ bi đỡ…
Phương pháp nghiên cứu
Tìm hiểu thu thập thông tin thực tế liên quan tới hệ thống
Phân tích, thiết kế và lập trình cho hệ thống.
Thử nghiệm và vận hành cho hệ thống.
Ý nghĩa và thực tiễn của đề tài
Hiện nay trong nhiều nhà máy và doanh nghiệp sản xuất như đóng nhãn sản phẩm, kiểm tra nguyên liệu đầu vào, sản phẩm đầu ra vẫn còn áp dụng công nghệ sản xuất lạc hậu, chưa theo kịp với xu thế phát triển và đáp ứng được nhu cầu sản xuất trong nước và trên thị trường quốc tế Chính vì thế em xin thực hiện đề tài: “ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ , CHẾ TẠO MÔ HÌNH PHÂN LOẠI
SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ” với mong muốn đưa ra giải pháp nhằm cải thiện quá trình sản xuất sao cho giảm được chi phí nhân công , tăng năng suất mà vẫn đảm bảo được chất lượng sản phẩm, giảm giá thành sản phẩm để có thể cạnh tranh trên thị trường.
NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ "MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN"
THIẾT KẾ , CHẾ TẠO CƠ KHÍ
Thiết kế 3D trên phần mềm Autocad Inventor 2011
Hình 2.2.1a : Bản vẽ 3D vòng bi
1.2 Thiết kế các chi tiết a Băng truyền sản phẩm
Hình 2.2.2 : mô hình băng truyền 3D
Hình 2.2.3 : kích thước băng truyền
- Chu vi băng tải 1500 mm.
- Bề rộng 80 mm b Cảm biến
Hình 2.2.5a: Mô hình 3D cảm biến nhận biết màu. c Sản phẩm
Hình 2.2.6a: Sản phẩm cần phân loại
Hình 2.2.6b: Kích thước sản phẩm
Trong quá trinh thiết kế chúng em chọn sản phẩm có dạng hình trụ tròn.
Kích thước đường sinh là :45mm
Kích thước đường kích là :40mm
THIẾT KẾ ,CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN
2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống
Hình 2.2.7: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch
2.1.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Khi cấp điện cho động cơ điện 1 chiều thì băng tải sẽ bắt đầu hoạt động
Sản phẩm được đưa vào băng tải Nhờ có cảm biến màu TCS 3200 phát hiện sẽ cấp tín hiệu điều khiển để các xy động cơ servo đẩy sản phẩm xuống thùng chứa Khi đó cảm biến sẽ gửi tín hiệu cho vi điều khiển at mega8 , khi đó xuất tín hiệu cho khối hiển thị Số lượng sản phẩm trong hộp sẽ được hiển thị trên LCD
Hầu hết các thiết bị điện muốn hoạt động được thì phải cung cấp một nguồn năng lượng điện, do đó đối với hệ thống được thiết kế trong luận văn này đòi hỏi nguồn năng lượng điện phải thật ổn định, thật chính xác Trong hệ thống này hầu hết đều sử dụng các vi mạch họ TTL, CMOSS có nguồn cung cấp là :
+ Họ TTL thì điện áp cung cấp là từ [4.5 5.5]V
+ Họ CMOSS thì điện áp cung cấp là từ [3 15]V
Ngoài ra còn sử dụng hệ thống van thủy lực (động cơ) sử dụng nguồn +24V
Do đó có thể chọn nguồn cung cấp cho toàn mạch là +5V, +24V cho tất cả hệ thống
Hình 2.2.8: Sơ đồ nguồn cung cấp hệ thống
Khi cuộn sơ cấp của máy biến áp được cấp một nguồn điện áp xoay chiều 220Vac thì trên cuộn thứ cấp tạo ra điện áp xoay chiều thấp 15Vac Điện áp xoay chiều này được nắn qua cầu diode B1 sau đó cho qua lọc bởi tụ C7, C8 , C9 và C10 để cho ra điện áp một chiều +5Vdc, , 1Vdc điện áp này vẫn chưa thực sự ổn định Để được điện áp ổn định thì tại các giá trị điện áp này cho qua các
IC ổn áp lấy điện áp chuẩn Các IC ổn áp được sử dụng trong mạch là họ 7805, để có điện áp chuẩn +5Vdc điện áp này lại được lọc qua các tụ C10.1 , C10 3 , C10.7 và C10.9 để có được điện áp bằng phẳng nhằm cung cấp cho hệ thống hoạt động
Khi cuộn sơ cấp của máy biến áp được cấp một nguồn điện áp xoay chiều 220Vac thì trên cuộn thứ cấp tạo ra điện áp xoay chiều thấp 24Vac Điện áp xoay chiều này được nắn qua cầu diode B2 sau đó cho qua lọc bởi tụ C17, C18 để cho ra điện áp một chiều +24Vac Điện áp này được cung cấp cho động cơ băng tải.
2.2.3 Tính toán và thiết kế
Sau khi nắn lọc được thì cho ra được điện áp một chiều +5Vdc ,12Vdc Điện áp tại cuộn thứ cấp có giá trị hiệu dụng là:
Vậy ta phải chọn tụ có mức điện áp chịu đựng là 25V Để chọn biến áp nguồn, cầu diode, IC ổn áp ta căn cứ vào dòng tiêu thụ của linh kiện trong mạch hay dòng tiêu thụ của toàn thống.
Dòng tiêu thụ của các linh kiện chính trong mạch có thể được tính gần đúng như sau:
+ Vi điều khiển PIC 16F877A tiêu thụ dòng ICC (max) = 20mA
+ Bộ điều khiển tiêu thụ dòng là 340mA
Sau khi cộng tất cả các dòng têu thụ của các linh kiện trong mạch ta có dòng tổng là: 951.8mA.
Căn cứ vào tính toán ở trên ta có thể chọn các giá trị linh kiện như sau:
+ Biến áp nguồn cung cấp loại 3A 220V/ 15V
+ IC ổn áp 7805 , 7812, có IOUT = 1A
+ Các điện trở từ R10.0 đến R10.4 và L10.0 đến L10.4 có nhiệm vụ báo hiệu có nguồn cấp.
+ Các diode từ D10.0 đến D10.4 có nhiệm vụ chống ngược nguồn và bảo vệ cho các linh kiện.
2.3.1 Khái niệm cơ bản về ánh sáng Ánh sáng có bản chất là hạt Dạng sóng ánh sáng là sóng điện từ phẳng. Tại mỗi thời điểm không gian vectơ cường độ điện trường E`, cường độ từ trường H` và phương truyền sóng, làm thành một tam diện thuận
(um) Ánh sáng nhìn thấy được Ánh sáng lan truyền trong chân không có vận tốc v)9792km/s Trong vận tốc ánh sáng có v=c/n, với n là chiết suất của môi trường Giữa tần số v và bước sóng của ánh sáng liên hệ bằng công thức:
Trên hình2.2.9 biểu diễn phổ ánh sáng và các dải màu của phổ Tính chất hạt của ánh sáng thể hiện qua sự tương tác của ánh sáng với vật chất Ánh sáng gồm các hạt nhỏ photon có năng lượng phụ thuộc duy nhất vào tần số qua biểu thức: w = h/ trong đó h là hằng số Planck, h =6.6256.10 -34 J.s.
Cực tím Tím Lam Lục Vàng Da cam Đỏ Hồng ngoại
Trong vật chất các điện tử liên kết trong nguyên tử có xu hướng thoát khỏi nguyên tử để trở thành điện tử tự do Để giải phóng các điện tử liên kết cần phải có một năng lượng bằng năng lượng liên kết W1.
Bước sóng ngưỡng của ánh sáng có thể gây nên hiện tượng giải phóng điện tử được tính bằng biểu thức:
MAX= hc/W1 =1.237/W1(eV) Nói chung loại điện tích được giải phóng do chiếu sáng phụ thuộc vào bản chất của vật liệu được chiếu sáng Khi chiếu sáng chất điện môi và bán dẫn tinh thiết, các điện tích được giải phóng là cặp điện tử –lỗ trống Đối với bán dẫn pha tạp chất khi bị chiếu sáng chúng sẽ giải phóng điện tử (Nếu pha tạp chất dono) hoặc lỗ trống (Nếu pha tạp chất acxepto).
Hiệu ứng quang điện tỉ lệ thuận với số lượng hạt dẫn được giải phóng do tác dụng của ánh sáng trong một đơn vị thời gian Tuy nhiên ngay cả khi bước sóng của ánh sáng < MAX thì không phải tất cả các photon chiếu xuống bề mặt đều tham gia vào việc giải phóng hạt dẫn vì một số sẽ bị phản xạ từ bề mặt, một số khác chuyển năng lượng của chúng thành nhiệt.
Diode quang LED (Light-Emitting-Diode) là nguồn sáng bán dẫn trong đó năng lượng giải phóng do tái hợp điện tử - lỗ trống gần chuyển tiếp P–N của diode làm phát sinh các photon Các đặc điểm của led:
Thời gian hồi đáp nhỏ cỡ ns, có khả năng điều biến đến tần số cao nhờ nguồn nuôi.
Phổ ánh sáng hoàn toàn xác định.
Tuổi thọ cao, có thể đạt tới 100.000giờ.
Tiêu thụ công suất thấp. Độ bền cơ học cao
Quang thông tương đối nhỏ (cỡ mW) và nhạy với nhiệt độ.
Tím Chàm Xanh vàng Da cam Đỏ
Hình 2.2.11 và 2.2.12 biểu diễn bước sóng phản xạ của LED và hiệu suất tương đối của các nguồn sáng.
Hình 2.2.11: Bước sóng phản xạ của LED
Hiệu suất tương đối Photodiode SiGa A Đèn womfram
Hình 2.2.12 : Hiệu suất tương đối của nguồn
Năng lượng tương đối Hệ số phản xạ Đáp ứng tương đối Kích thích tương đối
2.3.4 Cảm biến màu a Lý thuyết màu
Lý thuyết màu trong không gian sử dụng các tọa độ gồm: Màu (Hue), độ bão hòa (Stauration), và cường độ (Intensity) Ba thành phần của tọa độ màu được xác định trong không gian màu duy nhất Màu sắc có liên quan đến bước sóng phản xạ của màu khi ánh sáng trắng chiếu vào nó Cường độ (độ sáng) đo mức sáng trắng tạo nên độ bão hoà đo mức tươi của màu
Phân tử sắc tố màu đỏ tạo nên thành phần màu có thể đo được Mật độ tương đối của các phân tử sắc tố mang thông tin về sự hình thành của thành phần bão hòa.
XÂY DỰNG LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ LẬP TRÌNH CHO "MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN"
CHƯƠNG TRÌNH
Lưu đồ thuật toán cả hệ thống
#USE FAST_IO(ALL) uint8_t maled7[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90}; // Mang chua gia tri led7 thanh uint16_t Count_Timer2=0; // Bien thoi gian lay mau uint16_t lcd_buff[20]; // Bo dem luu chuoi hien thi len LCD1602 uint16_t var_typ_red[5], var_typ_blue[5], var_typ_green[5], var_typ_clear[5]; //Mang luu gia tri tinh trung binh uint16_t F_Blue=0,F_Green=0,F_Red=0,F_Clear=0; uint16_t Value; uint8_t enable_display=0,count_display_led7; // Bien cho phep hien thi uint8_t Time_Out=8,count_delay=0; uint8_t var,enable_next,flag_typ,VALUE_TYP_RED=0,VALUE_TYP_BLUE=0,VAL UE_TYP_GREEN=0,VALUE_TYP_CLEAR=0; uint8_t
Num_Red,Num_Blue,Num_Yellow,Old_Num_Red,Old_Num_Blue,Old_Num_ Yellow,Temp_Red,Temp_Blue,Temp_Yellow; uint8_t Flag_R=0,Flag_Y=0,Flag_B=0,Flag_Sensor1=0,Flag_Sensor2=0; uint8_t Sub_Red=0,Sub_Yellow=0;
#INT_TIMER2 // 2.5ms void ISR_T2()
Count_Timer2++; if(Count_Timer2>=8)
//sprintf(lcd_buff," TCS3200 1234 ");LCD_Puts(lcd_buff);
XI_LANH1=XI_LANH2=OFF; var=flag_typ=enable_next=0;
Num_Red=Num_Blue=Num_Yellow=0;
Old_Num_Red=Old_Num_Blue=Old_Num_Yellow=0;
Temp_Red=Temp_Blue=Temp_Yellow=0; while(TRUE)
**************/ void Display_Fre(uint16_t Fre)
{ uint8_t CHUCNGHIN,NGHIN,TRAM,CHUC,DONVI;
DDR_LED1_LED2_LED3OUT;
DDR_LED5_BLUE_LED5_RED_LED5_YELLOWOUT; DDR_XI_LANH1_XI_LANH2OUT;
DDR_SENSOR_1_SENSOR_2_SENSOR_3IN;
{ setup_timer_1(T1_EXTERNAL|T1_DIV_BY_1); //13.1 ms overflow setup_timer_2(T2_DIV_BY_4,200,16); //160 us overflow, 2.5 ms interrupt set_timer1(0); // Cau hinh gia tri cho thanh ghi TMR1 dinh thoi 10ms //enable_interrupts(INT_TIMER1); enable_interrupts(INT_TIMER2); enable_interrupts(GLOBAL);
**************/ void TCS3200_Read(unsigned char Temp)
{ if((F_Red>F_Green)&&(F_Red>F_Blue)&&(F_GreenF_Green)&&(F_Green>F_Blue))
LED5_RED=OFF;LED5_BLUE=OFF;LED5_YELLOW=ON;
Num_Yellow++;if(Num_Yellow=)Num_Yellow=0;
// if(Old_Num_Yellow!=Num_Red)
{Old_Num_Yellow=Num_Red;Temp_Yellow=1;} // Kiem tra su thay doi cua san pham vang
LCD_Gotoxy(7,0);printf(LCD_PutChar,"VANG=%u ",Num_Yellow); } else if((F_Blue>F_Red)&&(F_Blue>F_Green)&&(F_Green>F_Red)&&(F_Clear>1 00))
LED5_RED=OFF;LED5_BLUE=ON;LED5_YELLOW=OFF;
Num_Blue++;if(Num_Blue=)Num_Blue=0;
//if(Old_Num_Blue!=Num_Red)
{Old_Num_Blue=Num_Red;Temp_Blue=1;} // Kiem tra su thay doi cua san pham xang
LCD_Gotoxy(0,1);printf(LCD_PutChar,"XANH=%u ",Num_Blue);
LED5_RED=OFF;LED5_BLUE=OFF;LED5_YELLOW=OFF;
//LCD_Gotoxy(7,1);printf(LCD_PutChar,"N:%4u ",1);
{ if((F_RedF_Blue))//&&(F_Clear>1500))
LCD_Clear();LCD_Gotoxy(0,0); sprintf(lcd_buff," YELLOW ");LCD_Puts(lcd_buff);
} else if((F_Red>F_Green)&&(F_Red>F_Blue)&&(F_GreenF_Red)&&(F_Blue>F_Green)&&(F_Green>F_Red)&&(F_Clear>2 00))
LCD_Clear();LCD_Gotoxy(0,0); sprintf(lcd_buff," BLUE ");LCD_Puts(lcd_buff);
LCD_Clear();LCD_Gotoxy(0,0); sprintf(lcd_buff," CLEAR ");LCD_Puts(lcd_buff);
**************/ void Display_LCD_Product(uint8_t Color1, uint8_t Color2, uint8_t Color3) {
LCD_Gotoxy(0,0);printf(LCD_PutChar,"DO=%u ",Color1);
LCD_Gotoxy(7,0);printf(LCD_PutChar,"VANG=%u ",Color2);
LCD_Gotoxy(0,1);printf(LCD_PutChar,"XANH=%u ",Color3);
//LCD_Gotoxy(7,1);printf(LCD_PutChar,"N:%u ",Color4);
**************/ void Hienthi_Led7seg(uint8_t num1, uint8_t num2, uint8_t num3)
**************/ void Display_Value_Color(uint16_t Color1, uint16_t Color2, uint16_t Color3, uint16_t Color4)
LCD_Gotoxy(0,0);printf(LCD_PutChar,"R:%4ld ",Color1);
LCD_Gotoxy(7,0);printf(LCD_PutChar,"Y:%4ld ",Color2);
LCD_Gotoxy(0,1);printf(LCD_PutChar,"B:%4ld ",Color3);
LCD_Gotoxy(7,1);printf(LCD_PutChar,"N:%4ld ",Color4);
{Time_Out ;Display_LCD_Product(Num_Red,Num_Yellow,Num_Blue);}/
*Hienthi_Led7seg(Num_Red,Num_Blue,Num_Yellow);}*/ while((Flag_Y==1)&&(Time_Out!=0))
{Time_Out ;Display_LCD_Product(Num_Red,Num_Yellow,Num_Blue);}/
*Hienthi_Led7seg(Num_Red,Num_Blue,Num_Yellow);}*/ while((Flag_B==1)&&(Time_Out!=0))
{Time_Out ;Display_LCD_Product(Num_Red,Num_Yellow,Num_Blue);}/
*Hienthi_Led7seg(Num_Red,Num_Blue,Num_Yellow);}*/
{delay_ms(5);if((Temp_Red)&&(SENSOR_1))
Flag_Sensor1++; Sub_Red = Num_Red-Flag_Sensor1; if(Sub_Red) {XI_LANH1=ON;delay_ms(100);XI_LANH1=OFF;}
}} if((Temp_Yellow)&&(!SENSOR_2)){delay_ms(5);if((Temp_Yellow)&&(! SENSOR_2))
Flag_Sensor2++; Sub_Yellow = Num_Yellow-Flag_Sensor2; if(Sub_Red) {XI_LANH2=ON;delay_ms(100);XI_LANH2=OFF;}
{ while(Temp_Red){if(SENSOR_2==0){while(SENSOR_2==0)
{}delay_ms(100);XI_LANH1=ON;delay_ms(200);XI_LANH1=OFF;Temp_Re d=0;}} while(Temp_Yellow){if(SENSOR_3==0){while(SENSOR_3==0)
{}delay_ms(100);XI_LANH2=ON;delay_ms(200);XI_LANH2=OFF;Temp_Ye llow=0;}}
Reset_Timer(); enable_interrupts(GLOBAL); var++;
TCS3200_Read(RED); while(!enable_next){;} enable_next=0;
// printf(LCD_PutChar,"R:%4ld ",F_Red); disable_interrupts(GLOBAL);
TCS3200_Read(BLUE); while(!enable_next){;} enable_next=0;
// printf(LCD_PutChar,"B:%4ld ",F_Blue); disable_interrupts(GLOBAL);
TCS3200_Read(GREEN); while(!enable_next){;} enable_next=0;
//printf(LCD_PutChar,"G:%4ld ",F_Green); disable_interrupts(GLOBAL);
TCS3200_Read(NO_FILTER); while(!enable_next){;} enable_next=0;
//printf(LCD_PutChar,"N:%4ld ",F_Clear); disable_interrupts(GLOBAL);
Reset_Timer(); var=0; count_delay++; delay_ms(10);
//var_typ_red[count_delay]; var_typ_green[count_delay];var_typ_blue[count_delay];var_typ_clear[count_de lay]; if(count_delay==2)
//Display_Value_Color(F_Red,F_Green,F_Blue,F_Clear);
Display_LCD_Product(Num_Red,Num_Yellow,Num_Blue);
CHƯƠNG IV: Thực nghiệm lắp ráp, chạy thử “MÔ HÌNH PHÂN LOẠISẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ”
THỰC NGHIỆM LẮP RÁP, CHẠY THỬ "MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN"
Mô hình đồ án hoàn chỉnh
Từ quá trình thiết kế đến quá trình thực hiện chúng em đã hoàn thành đúng với thiết kế đề ra.
- Mạch hoạt động ổn định, đúng như yêu cầu đặt ra.
- Mô hình cơ khí chính xác theo bản vẽ , thiết kế cơ khí đẹp mắt, gọn gang
Bố trí hợp lý khoa học.
- Mô hình sản phẩm đã đạt yêu cầu nhưng trong quá trình thực hiện còn gặp đôi chút khó khăn về khâu xử lý tín hiệu , nhiễu sóng do tần số thu được từ sản phẩm màu không ổn đinh.
