Nghiên cứu phần cứng hệ thống đếm số lượng sản phẩm

Nghiên cứu phần cứng hệ thống đếm số lượng sản phẩm Trong thời đại công nghệ ngày nay, việc tự động hóa quy trình sản xuất và giám sát số lượng sản phẩm là một phần quan trọng không thể thiếu trong các nhà máy và xưởng sản xuất. Điều này đặt ra nhu cầu cấp thiết trong việc phát triển các hệ thống điều khiển và theo dõi chính xác số lượng sản phẩm được sản xuất và đóng gói. Đồng thời, việc sử dụng công nghệ Arduino, một nền tảng phổ biến và linh hoạt trong việc phát triển các ứng dụng điện tử, cùng với màn hình hiển thị LCD 16x2, một thiết bị đơn giản nhưng mạnh mẽ, đã tạo ra cơ hội lớn để tạo ra các hệ thống đếm số lượng sản phẩm hiệu quả và dễ dàng triển khai. Đề tài nghiên cứu này em tập trung vào việc phát triển một phần cứng sử dụng Arduino và màn hình hiển thị LCD 16x2 để đếm và hiển thị số lượng sản phẩm. Báo cáo này gồm 3 chương : Chương 1 sẽ đi tìm hiểu về lý do chọn đề tài và mục tiêu nghiên cứu của đề tài này ,qua đó để thấy rõ được tầm quan trọng và những ứng dụng của mạch này trong thực tế Chương 2 sẽ đi tìm hiểu thật chi tiết cấu tạo , nguyên tắc và sơ đồ chân của những linh kiện cần dùng cho phần cứng mạch đếm số lượng sản phẩm hiển thị Lcd 16x2 sử dụng Arduino Chương 3 sẽ tập chung tìm hiểu sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động , mô hình sơ đồ nguyên lý và pcb dưới sự hỗ trợ của phần mềm Autium , từ đó sẽ nêu ra được nhận xét , đánh giá và khả năng mở rộng của mạch này trong tương lại Mặc dù, em đã cố gắng hoàn thiện tốt nhất bài báo cáo này ,tuy nhiên báo cáo không tránh được những thiếu sót và hạn chế , em mong nhận được sự góp ý quý báu của cô .

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ F FF BÁO CÁO BÀI TẬP CUỐI KỲ MÔN MẠNG CẢM BIẾN Đề tài :Nghiên cứu phần cứng hệ thống đếm số lượng sản phẩm hiển thị lcd 16x2 sử dụng Arduino cảm biến phát vật thể Giảng viến hướng dẫn Nhóm lớp Sinh viên thực Mã sinh viên :Ths Trần Thị Thanh Thủy :01 :Nguyễn Tiến Dũng :B20DCDT032 HÀ NỘI-2023 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ FFF BÁO CÁO BÀI TẬP CUỐI KỲ MÔN MẠNG CẢM BIẾN Đề tài :Nghiên cứu phần cứng hệ thống đếm số lượng sản phẩm hiển thị lcd 16x2 sử dụng Arduino cảm biến phát vật thể Giảng viến hướng dẫn Nhóm lớp Sinh viên thực Mã sinh viên HÀ NỘI -2023 :Ths Trần Thị Thanh Thủy :01 :Nguyễn Tiến Dũng :B20DCDT032 LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại cơng nghệ ngày nay, việc tự động hóa quy trình sản xuất giám sát số lượng sản phẩm phần quan trọng thiếu nhà máy xưởng sản xuất Điều đặt nhu cầu cấp thiết việc phát triển hệ thống điều khiển theo dõi xác số lượng sản phẩm sản xuất đóng gói Đồng thời, việc sử dụng công nghệ Arduino, tảng phổ biến linh hoạt việc phát triển ứng dụng điện tử, với hình hiển thị LCD 16x2, thiết bị đơn giản mạnh mẽ, tạo hội lớn để tạo hệ thống đếm số lượng sản phẩm hiệu dễ dàng triển khai Đề tài nghiên cứu em tập trung vào việc phát triển phần cứng sử dụng Arduino hình hiển thị LCD 16x2 để đếm hiển thị số lượng sản phẩm Báo cáo gồm chương : Chương tìm hiểu lý chọn đề tài mục tiêu nghiên cứu đề tài ,qua để thấy rõ tầm quan trọng ứng dụng mạch thực tế Chương tìm hiểu thật chi tiết cấu tạo , nguyên tắc sơ đồ chân linh kiện cần dùng cho phần cứng mạch đếm số lượng sản phẩm hiển thị Lcd 16x2 sử dụng Arduino Chương tập chung tìm hiểu sơ đồ khối nguyên lý hoạt động , mơ hình sơ đồ ngun lý pcb hỗ trợ phần mềm Autium , từ nêu nhận xét , đánh giá khả mở rộng mạch tương lại Mặc dù, em cố gắng hoàn thiện tốt báo cáo ,tuy nhiên báo cáo không tránh thiếu sót hạn chế , em mong nhận góp ý q báu Hà Nội , tháng 12 năm 2023 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU CHUNG .5 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Kết luận CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.Tổng quan Arduino Uno .7 2.1.1 Khái niệm 2.1.2 Thông số kỹ thuật .7 2.1.3.Sơ đồ chân 2.2.Tổng quan modul phát vật cản 10 2.2.1 Khái niệm 10 2.2.2.Thông số kỹ thuật 11 2.2.3.Cấu tạo 11 2.2.4.Nguyên lý hoạt động modul .12 2.3.Tổng quan LCD 16x2 12 2.3.1.Khái niệm 12 2.3.2.Thông số kỹ thuật 13 2.3.3 Sơ đồ chân 13 2.4.Biến trở 14 2.4.1.Khái niệm 14 2.4.2.Sơ đồ chân 15 CHƯƠNG 3:THIẾT LẬP PHẦN CỨNG CHO HỆ THỐNG ĐẾM SỐ LƯỢNG SẢN PHẨM 16 3.1.Sơ đồ khối nguyên lý hoạt động 16 3.1.1.Sơ đồ khối 16 3.1.2 Nguyên lý hoạt động 16 3.2.Thiết lập phần cứng .17 3.2.1.Thiết kế sơ đồ nguyên lý 17 3.2.2.Thiết kế PCB .18 3.3.Nhận xét khả mở rộng .18 3.3.1.Ưu điểm .18 3.3.2.Nhược điểm .19 3.3.3 Khả mở rộng 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO .22 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN .23 DANH MỤC HÌNH ẢNH STT 10 11 TÊN HÌNH ẢNH Hình :Phần cứng Arduino Uno Hình 2:Sơ đồ chân Arduino Uno Hình :Module cảm biến phát vật cản Hình 4: Màn hình LCD 16x2 Hình 5:Sơ đồ chân LCD 16x2 Hình 6:Ảnh biến trở thực tế Hình 7:Ký hiệu biến trở sơ đồ mạch điện Hình 8:Sơ đồ khối phần cứng hệ thống đếm số lượng sản phẩm Hình 9:Sơ đồ nguyên lý phần cứng cho hệ thống đếm số lượng sản phẩm Hình 10: PCB phần cứng hệ thống đếm số lượng sản phẩm Hình 11: Thử nghiệm mạch boardtest TRANG 11 12 13 15 15 16 17 18 18 CHƯƠNG 1:GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Lý chọn đề tài Lựa chọn đề tài bắt nguồn từ nhu cầu thực tế việc quản lý sản lượng Việc tạo phần cứng mạch đếm sô lượng tạo giải pháp đơn giản mạnh mẽ, tích hợp dễ dàng vào môi trường sản xuất Việc sử dụng Arduino không mang lại khả tính tốn linh hoạt mà giúp dễ dàng kết nối với linh kiện cảm biến khác, mở khả tùy chỉnh cao cho hệ thống Màn hình LCD 16x2, với khả hiển thị thông tin đơn giản rõ ràng, phần thiếu báo cáo Không công cụ để thể số liệu, hình cịn tạo giao diện trực quan, giúp người dùng dễ dàng theo dõi thông tin sản lượng cách thuận tiện Lý chọn đề tài nằm tiềm ứng dụng rộng rãi Việc đếm số lượng sản phẩm không giúp giám sát quy trình sản xuất mà cịn mở cánh cửa cho việc tối ưu hóa quy trình quản lý hàng tồn kho cách thông minh Điều quan trọng nghiên cứu không việc phát triển mạch đếm đơn giản Nó cịn đề cập đến tích hợp, ứng dụng thực tế tiềm mở rộng hệ thống lĩnh vực sản xuất đa dạng, từ nhà máy công nghiệp đến sản xuất hàng tiêu dùng Nhìn xa hơn, hy vọng việc nghiên cứu phát triển hệ thống đếm sản phẩm không mang lại giá trị mặt kỹ thuật mà thúc đẩy tiến khả sáng tạo lĩnh vực tự động hóa, góp phần vào phát triển tồn diện ngành cơng nghiệp xã hội 1.2 Mục tiêu đề tài Mục tiêu đề tài sử dụng tính dễ sử dụng Arduino kết hợp với modul phát vật cản để phát vật thể qua , tạo mơi trường phần cứng để đếm số lượng sản phẩm , giải số ứng dụng thực tế quản lý số lượng hàng tồn kho , đếm sản lượng sản xuất dây truyền tự động hóa 1.3 Kết luận Trong trình nghiên cứu phát triển "Phần cứng cho hệ thống đếm số lượng sản phẩm hiển thị LCD 16x2 sử dụng Arduino", em tập trung vào xây dựng hệ thống đếm sản phẩm đơn giản hiệu quả, mang lại giá trị việc quản lý theo dõi sản lượng quy trình sản xuất Điều quan trọng chúng tơi đạt từ đề tài thành công việc tạo công cụ linh hoạt, sử dụng tảng Arduino kết hợp với hình LCD 16x2 để đếm hiển thị số lượng sản phẩm cách xác dễ dàng quản lý Không đơn việc đếm số lượng sản phẩm, phần cứng hệ thống cịn cung cấp thơng tin quan trọng sản lượng thời gian thực, giúp quản lý nhân viên sản xuất có nhìn tồn diện hiệu suất quy trình sản xuất Em trọng vào khả linh hoạt tính ứng dụng rộng rãi phần cứng hệ thống Sử dụng Arduino hình LCD 16x2 không giúp hiển thị thông tin cách rõ ràng mà tạo sở linh hoạt, mở rộng tích hợp vào nhiều lĩnh vực sản xuất khác Tóm lại, đề tài đóng góp phần nhỏ vào việc nghiên cứu phát triển giải pháp tự động hóa quản lý sản xuất Hy vọng nỗ lực em áp dụng mở rộng, đóng góp vào hiệu tiến ngành công nghiệp quản lý sản xuất tương lai 1.4 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.Tổng quan Arduino Uno 2.1.1 Khái niệm Hình :Phần cứng Arduino Uno Arduino Uno bo mạch vi điều khiển dựa ATmega328P họ bit Nó có 14 chân đầu vào/đầu kỹ thuật số (trong chân sử dụng làm đầu PWM), đầu vào analog, cộng hưởng gốm 16 MHz (CSTCE16M0V53-R0), kết nối USB, giắc cắm nguồn, đầu cắm ICSP nút đặt lại Nó chứa thứ cần thiết để hỗ trợ vi điều khiển,chỉ cần kết nối với máy tính cáp USB cấp nguồn cho chuyển đổi AC thành DC pin để hoạt động Arduino Uno 2.1.2 Thông số kỹ thuật Thông số Vi điều khiển Điện áp hoạt động Tần số hoạt động Dòng tiêu thụ Giá trị ATmega328 họ bit 5V dc (chỉ cấp qua cổng USB) 16MHz Khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng Điện áp vào giới hạn Số chân Digital I/O 7V dc đến 12V dc 6V dc đến 20V dc 14 chân có chân băm xung PWM (D0 đến D13 D3,D5,D6,D7,D10 D10 chân băm xung) Số chân Analog chân (A0 đến A5) Dòng tối đa chân I/ 30mA O Dòng tối đa (5V) Dòng tối đa (3,3V) 500mA 50mA 2.1.3.Sơ đồ chân Hình :Sơ đồ chân Arduino Uno Chân Analog STT TÊN CHÂN NC IOREF LOẠI NC IOREF CHỨC NĂNG Không kết nối Điện áp tham chiếu I/ O(điện áp hoạt động vi điều khiển từ 3,3V đến 10 11 12 13 Reset/PC6 +3,3V +5V GND GND Vin A0/D14/PC0/ADC[0] A1/D15/PC1/ADC[1] A2/D16/PC2/ADC[2] A3/D17/PC3/ADC[3] Reset 5V) Khởi động lại mức Power Power Power Power Power Nguồn 3,3V Nguồn 5V Chân đất Chân đất Điện áp vào từ Chân Analog/GPIO 7Vdc đến 12V dc Đầu vào chân Analog Chân Analog/GPIO số Đầu vào chân Analog Chân Analog/GPIO số Đầu vào chân Analog Chân Analog/GPIO số Đầu vào chân Analog A4/D18/PC4/ADC[4]/SDA Chân Analog/I2C/GPIO số Đầu vào chân Analog số 4/Đường liệu 14 A5/D18/PC5/ADC[5]/SCL Chân Analog/I2C/GPIO I2C Đầu vào chân Analog số 5/Đường clock I2C Chân Digital: STT 10 11 12 TÊN CHÂN D0/RX/PD0 D1/TX/PD1 D2/PD2 D3/PD3 D4/PD4 D5/PD5 D6/PD6 D7/PD7 D8/PB0 D9/PB1 D10/PB3/SS D11/PB4/MOSI LOẠI Chân Digital/GPIO CHỨC NĂNG Chân Digital số 0/Chân giao tiếp Chân Digital/GPIO UART để nạp chương trình Chân Digital số 1/Chân giao tiếp Chân Digital/GPIO Chân Digital/GPIO Chân DigitalGPIO Chân Digital/GPIO Chân Digital/GPIO Chân Digital/GPIO Chân Digital/GPIO Chân Digital/GPIO Digital Digital UART để nạp chương trình Chân Digital số Chân Digital số Chân Digital số Chân Digital số Chân Digital số Chân Digital số Chân Digital số Chân Digital số Chọn chip SPI Đầu thứ cấp SPI1 13 14 15 16 17 18 D12/PB5/MISO D13/PB6/SCK GND AREF D18/SDA/PC4 D19/SCL/PC5 Digital Digital Power Digital Digital Digital Đầu vào SPI Đầu clock nối tiếp SPI Chân đất Chân điện áp tham chiếu Đầu vào Analog số 4/Dữ liệu I2C Đầu vào Analog số 5/ Đường clock I2C 2.2.Tổng quan modul phát vật cản 2.2.1 Khái niệm Hình 3:Module cảm biến phát vật cản Module cảm biến phát vật cản cảm biển vật cản hồng ngoại có khả thích nghi với mơi trường ,có cặp truyền nhận tia hồng ngoại Tia hồng ngoại phát tần số định, phát hướng truyền có vật cản (mặt phản xạ), phản xạ vào đèn thu hồng ngoại, sau so sánh, đèn màu xanh sáng lên, đồng thời đầu cho tín hiệu số đầu (một tín hiệu bậc thấp).Khoảng cách làm việc hiệu ~ 5cm, điện áp làm việc 3.3 V đến 5V Độ nhạy sáng cảm biến vật cản hồng ngoại điều chỉnh chiết áp, cảm biến dễ lắp ráp, dễ sử dụng,… Có thể sử dụng rộng rãi robot tránh chướng ngại vật, xe tránh chướng ngại vật dị đường….vv 2.2.2.Thơng số kỹ thuật  Module phát vật cản khoảng cách từ – 30cm  Góc phát hiện: 35° 10  Khi phát vật cản, tín hiệu đầu OUT mức thấp đèn led sáng  Có thể điều chỉnh khoảng cách biến trở Chỉnh chiết áp để tăng khoảng cách theo chiều kim đồng hồ, ngược lại để giảm khoảng cách  Cổng OUT điều khiển trực tiếp Rơ le 5V cổng I/O MCU  Điện áp cung cấp: – 5V DC  Dòng điện tiêu thụ: 23 mA (3,3V), 43 mA (5V) 2.2.3.Cấu tạo Linh kiện LM358 Điện trở Biến trở Led thu , phát hồng ngoại Led thường Chức Bộ so sánh điện áp Hạn dòng Cầu phân áp Nhận biết vật thể Sáng phát vật thể 2.2.4.Nguyên lý hoạt động modul Module cảm biến phát vật thể tích hợp phát hồng ngoại thu hồng ngoại Bộ phát hồng ngoại diode phát sáng (LED) phát tia hồng ngoại Do đó, chúng gọi IR LED Mặc dù IR LED trông giống đèn LED bình thường, xạ phát từ IR LED sóng hồng ngoại nên người khơng thể nhìn thấy mắt thường Bộ thu hồng ngoại gọi cảm biến hồng ngoại chúng phát tia từ phát hồng ngoại Bộ thu hồng ngoại có dạng photodiode phototransistors Photodiode hồng ngoại khác với điốt thơng thường chúng phát xạ hồng ngoại Khi led phát hồng ngoại phát xạ, đến vật thể số xạ phản xạ lại led thu hồng ngoại Dựa cường độ thu led thu hồng ngoại, đầu cảm biến xác định mức cao thấp.Nếu đầu cảm biến xác định mức cao( tức điện áp Up>Un) cảm biến phát vật thể ngược lại 2.3.Tổng quan LCD 16x2 2.3.1.Khái niệm 11 Hình 4:Màn hình LCD 16x2 Màn hình LCD 16x2 xanh sử dụng driver HD44780 có khả hiển thị liệu dòng, dòng 16 ký tự , hình bền , dễ sử dụng giúp người sử dụng theo dõi kết thiết bị điện tử dễ dàng 2.3.2.Thông số kỹ thuật  Điện áp hoạt động 5V  Kích thước 80.36.12,5 mm  Chữ đen , xanh  Khoảng cách chân kết nối 0,1 inch tiện dùng kết nối với Breadboard  Tên chân ghi mặt sau hình LCD hỗ trợ việc kết nối ,đi dây điện  Có đèn led , dùng biến trở PWM điều chỉnh độ sáng để sử dụng điện  Có thể điều khiển dây tín hiệu  Có ký tự xây dựng hỗ trợ tiếng Anh tiếng Nhật 2.3.3 Sơ đồ chân 12 Hình 5:Sơ đồ chân LCD 16x2 STT 10 11 12 13 14 15 16 Ký hiệu chân VSS VDD VE RS Mô tả chân Cấp điện 0V Cấp điện 5V Chỉnh độ tương phản LCD Lựa chọn địa ghi hay địa liệu RW Lựa chọn ghi đọc hay viết E Chân cho phép liệu D0 Đường truyền liệu số D1 Đường truyền liệu số D2 Đường truyền liệu số D3 Đường truyền liệu số D4 Đường truyền liệu số D5 Đường truyền liệu số D6 Đường truyền liệu số D7 Đường truyền liệu số A Chương dương nguồn đèn hình K Chân âm nguồn đèn hình Trong 16 chân LCD chia làm dạng tín hiệu sau: Các chân cấp nguồn: Chân số chân nối mass (0V), chân thứ Vdd nối với nguồn+5V Chân thứ dùng để chỉnh contrast thường nối với biến trở 13 Các chân điều khiển: Chân số chân RS dùng để điều khiển lựa chọn ghi ChânR/W dùng để điều khiển trình đọc ghi Chân E chân cho phép dạng xung chốt Các chân liệu D7÷D0: Chân số đến chân số 14 chân dùng để trao đổi liệu thiết bị điều khiển LCD 2.4.Biến trở 2.4.1.Khái niệm Hình 6: Ảnh biến trở thực tế Biến trở (tên tiếng Anh Variable resistor) dạng điện trở thay đổi giá trị điện trở từ mức nhỏ mức tối đa Các loại biến trở thông dụng :  Biến trở tay quay  Biến trở chạy  Biến trở than  Biến trở quấn 2.4.2.Sơ đồ chân Hình 7:Ký hiệu biến trở sơ đồ mạch điện Ký hiệu biến trở gồm chân : chân hai bên chân chạy Biến trở chân : 14  Chân chạy chân giữa, xoay biến trở giá trị biến trở chân chân lại thay đổi giá trị điện trở theo  Hai chân biên giá trị biến trở Dù có xoay biến trở hai chân giữ nguyên giá trị điện trở cố định 15 CHƯƠNG 3:THIẾT LẬP PHẦN CỨNG CHO HỆ THỐNG ĐẾM SỐ LƯỢNG SẢN PHẨM 3.1.Sơ đồ khối nguyên lý hoạt động 3.1.1.Sơ đồ khối Modul cảm biến phát vật cản Arduino Uno LCD 16X2 Hình 8:Sơ đồ khối phần cứng hệ thống đếm số lượng sản phẩm Trong : Modul phát vật cản chịu trách nhiệm phát sản phẩm qua tiếp nhận thơng tin từ bên ngồi thơng qua led thu led phát Tiếp theo , Arduino tiếp nhận thông tin cảm biến xử lý tín hiệu để đếm số lượng sản phẩm Arduino Uno gửi liệu số lượng sản phẩm sang LCD , LCD tiếp nhận hiển thị lên hình 3.1.2 Nguyên lý hoạt động Arduino: Là bo mạch phát triển mã nguồn mở lập trình Arduino chịu trách nhiệm đọc tín hiệu từ module phát vật thể để đếm số lượng sản phẩm 16 Module cảm biến phát vật cản dựa so sánh LM358 , phát vật thể điện áp photodiode dẫn , dân đến UP>UN chân out ic lM358 dẫn , led thường sáng, báo hiệu có sản phẩm ngược lại Chương trình Arduino: Được lập trình để đọc tín hiệu đầu vào từ cảm biến nguồn tín hiệu, sau tăng số lượng sản phẩm đếm lên đơn vị nhận tín hiệu tương ứng Màn hình LCD 16x2: Arduino gửi liệu số lượng sản phẩm đếm tới hình LCD 16x2 để hiển thị thông tin số lượng cách rõ ràng trực quan cho người sử dụng Vòng lặp lấy mẫu xử lý: Chương trình Arduino thường chạy vịng lặp khơng ngừng để liên tục lấy mẫu tín hiệu đầu vào từ cảm biến nguồn tín hiệu, sau cập nhật số lượng sản phẩm hình LCD có tín hiệu đếm Tóm lại, nguyên lý hoạt động mạch dựa việc sử dụng Arduino để đếm số lượng sản phẩm thơng qua việc đọc tín hiệu từ module phát vật cản, sau hiển thị thơng tin số lượng hình LCD 16x2 để người dùng theo dõi quản lý sản lượng cách thuận tiện 3.2.Thiết lập phần cứng 3.2.1.Thiết kế sơ đồ nguyên lý Hình 9: Sơ đồ nguyên lý phần cứng hệ thống đếm số lượng sản phẩm 17 3.2.2.Thiết kế PCB Hình 10 :PCB phần cứng hệ thống đếm số lượng sản phẩm Hình 11: Thử nghiệm mạch board test 3.3.Nhận xét khả mở rộng 3.3.1.Ưu điểm 18