Đồ án đo lường và điều khiển đề tài cảm biến đếm sản phẩm và đóng thùng

Mô hình sử dụng cảm biến quang điều khiển bởi ardunio và được mô phỏngtrên phần mềm proteus và hiển thị số lượng trên màn hình LCD, giúp đếm số lượngsản phẩm để phân vào mỗi hộp khi đủ s

lOMoARcPSD|39222806 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN Đề tài: CẢM BIẾN ĐẾM SẢN PHẨM VÀ ĐÓNG THÙNG Giáo viên hướng dẫn: Trần Anh Sơn Sinh viên thực hiện: Đồng Xuân An 2021602421 2021601742 Nguyễn Hoàng Quân 2022600039 Lại Đắc Đạt Hà Nội - năm 2023 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHÓM I Thông tin chung 1 Tên lớp: Cơ Điện Tử Khóa: 16 2 Tên nhóm: Họ và tên thành viên: Đồng Xuân An MSV: 2021602421 Nguyễn Hoàng Quân MSV: 2021601742 Lại Đắc Đạt MSV: 2022600039 II Nội dung học tập 1 Tên chủ đề: Xây dựng hệ thống cảm biến đếm sản phẩm và đóng thùng 2 Hoạt động của sinh viên - Nội dung 1: Tổng quan về hệ thống (L1) - Nội dung 2: Thiết kế hệ thống đo lường và điều khiển (L1; L2) - Nội dung 3: Chế tạo và thử nghiệm hệ thống (L3) - Nội dung 4: Kết luận và hướng phát triển (L3) 3 Sản phẩm nghiên cứu: Báo cáo thu hoạch, mô hình sản phẩm III Nhiệm vụ học tập 1 Hoàn thành đồ án theo đúng thời gian quy định (từ ngày …/…/… đến ngày …/…/….) 2 Báo cáo nội dung nghiên cứu theo chủ đề được giao trước hội đồng đánh giá IV Học liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án 1 Tài liệu học tập: Giáo trình môn học Cảm biến và hệ thống đo, vi điều khiển 2 Phương tiện, nguyên liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án (nếu có): Máy tính, linh kiện và dụng cụ điện tử theo nhu cầu sử dụng KHOA CƠ ĐIỆN TỬ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TS Nguyễn Văn Trường Ths.Trần Anh Sơn 1 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 MÔ TẢ KỸ THUẬT 1 Mô tả nhiệm vụ công nghệ Hệ thống có khả năng: - Phát hiện sản phẩm - Đếm sản phẩm - Hiển thị số lượng sản phẩm - Có chức năng điều khiển khi sản phẩm vào vùng xem xét 2 Cấu trúc thiết bị Thiết bị Loại sử dụng Cảm biến Cảm biến quang E3F-DS60C4 Bộ phận hiển thị LCD 1602 /Module I2C Bộ phận điều chỉnh Nút nhấn/ Module điều chỉnh tốc độ Bộ điều khiển động cơ PWM Bộ phận điều khiển tín hiệu Arduino Uno R3 3 Đặc tính kỹ thuật Vi điều khiển Thông số (PIC16F688, PIC18F4520 …) Giá trị Giới hạn đếm 0-99 Sai số đo 2% Thiết bị chấp hành Module động cơ 4 Nội dung báo cáo - Bản vẽ Khổ giấy A3 TT Tên bản vẽ A3 Số lượng 1 1 Bản vẽ sơ đồ hệ thống 1 2 Lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống - Báo cáo 2 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 Chương 1 Tổng quan về hệ thống 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Các yêu cầu cơ bản 1.3 Phương pháp, phạm vi và giới hạn nghiên cứu 1.4 Ý nghĩa thực tiễn Chương 2 Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển 2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 2.2 Phân tích và lựa chọn cảm biến 2.3 Phân tích và lựa chọn bộ điều khiển 2.4 Thiết kế mạch đo và xử lý tín hiệu 2.5 Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống (Nếu có) Chương 3: Chế tạo và thử nghiệm hệ thống 3.1 Chế tạo các bộ phận cơ khí 3.2 Chế tạo các bộ phận điện - điện tử 3.3 Xây dựng chương trình điều khiển 3.4 Thử nghiệm và đánh giá hệ thống Kết Luận 3 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 6 1.1 Giới thiệu chung 6 1.2 Phương pháp, phạm vi và giới hạn nghiên cứu 7 1.3 Ý nghĩa thực tiễn .8 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG .9 2.1 Phân tích, lựa chọn thiết bị 9 2.1.1 Phân tích, lựa chọn cảm biến .9 2.1.2 Phân tích và chọn bộ điều khiển 11 2.2 Kết nối hệ thống 12 CHƯƠNG 3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 14 3.1 Nguyên lí hoạt động 14 3.2 Lưu đồ thuật toán .14 3.3 Chương trình điều khiển 15 CHƯƠNG 4 CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 20 KẾT LUẬN .25 PHỤ LỤC 26 Bảng thông số của Arduino Uno R3 26 Thông số của cảm biến quang E3F-DS30C4 .27 Tài liệu tham khảo: 33 4 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 LỜI MỞ ĐẦU Cảm biến là một thiết bị phát hiện và phản hồi một số loại đầu vào từ môi trường vật lý Đầu vào cụ thể có thể là ánh sáng, nhiệt, chuyển động, độ ẩm, áp suất hoặc bất kỳ một trong số rất nhiều hiện tượng môi trường khác Đầu ra nói chung là tín hiệu được chuyển đổi thành màn hình có thể đọc được ở vị trí cảm biến hoặc được truyền điện tử qua mạng để đọc hoặc xử lý thêm Cảm biến quang (tên tiếng anh là Photoelectric Sensor) là tổ hợp của các linh kiện quang điện Thiết bị này khi tiếp xúc với ánh sáng chúng sẽ thay đổi trạng thái, cảm biến quang sử dụng ánh sáng phát ra từ bộ phận phát để phát hiện sự hiện diện của vật thể Để góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật hiện nay, nhóm chúng em đã quyết định chọn cảm biến quang Cảm biến quang được đặt cuối mỗi băng chuyền sản xuất, để đếm số lượng sản phẩm Mô hình sử dụng cảm biến quang điều khiển bởi ardunio và được mô phỏng trên phần mềm proteus và hiển thị số lượng trên màn hình LCD, giúp đếm số lượng sản phẩm để phân vào mỗi hộp khi đủ số lượng sẽ reset lại từ đầu và số thùng tăng lên 1 thùng, sau khi đủ 5 thùng sẽ hiện thông báo “THUNG DA DAY” Nhóm em xin chân thành cảm ơn đến các thầy, cô trong bộ môn Cơ Điện Tử của Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội đã giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi và cung cấp tài liệu để hoàn thành đề tài nghiên cứu này Đồng thời, nhóm em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn là thầy Trần Anh Sơn , thầy đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi nhất và giúp đỡ nhóm trong suốt quá trình thực hiện đồ án môn Nhóm xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè đã hỗ trợ và chia sẽ kinh nghiệm cho nhóm trong thời gian qua Cuối cùng nhóm em xin chúc thầy cô và cùng toàn thể các bạn trong lớp nhiều sức khỏe và thành công trong mọi công việc Xin chân thành cảm ơn! 5 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 Giới thiệu chung - Hệ thống đến số lượng sản phẩm đóng một vai trò quan trọng trong dây truyền sản xuất, nó giúp đếm số lượng sản phẩm một các chính xác mà không tốn nhiều nhân công và có thể giúp kiểm soát chỉnh xác số lượng sản phẩm cần đóng gói vào một túi hoặc hộp - Cảm biến quang là thiết bị đóng vai trò rất quan trọng trong lĩnh vực công nghiệp tự động hóa Nếu không có cảm biến quang thì khó mà có được tự động hóa, giống như làm việc mà không nhìn được vậy - Ngày nay, Cảm biến quang được ứng dụng trong rất nhiều sản phẩm, hệ thống tự động hóa trong đời sống và công nghiệp như các hệ thống đếm sản phẩm trong công nghiệp, thiết bị bật tắt đèn đường… Trong thời kì dịch bệnh hiện nay thì việc tự dộng hóa hệ thống ngày càng được trú trọng tránh tập trung mà vẫn đảm bảo sản xuất - Trong đề tài này, nhóm sẽ sử dụng cảm biến quang để xây dựng hệ thống đếm sản phẩm khi có sản phẩm đi qua cảm biến quang và hiển thị số lượng sản phẩm lên màn hình LCD khi đủ số lượng sản phẩm yêu cầu sẽ thông báo đủ số lượng lên màn hình và led sáng  Các yêu cầu cơ bản Để giải quyết đề tài, nhóm cần giải quyết một số vấn đề như sau: - Về phần hệ thống đo và cảm biến: cảm biến quang đếm được chính xác số lượng sản phẩm đi qua cảm biến và hiển thị chính xác số lượng lên màn hình LCD, hạn chế sai số Hệ thống đảm bảo nhỏ gọn, dễ thay thế khi bị hỏng hóc, dễ dàng sử dụng, bảo trì và bảo dưỡng - Về phần điều khiển: hệ thống có thể xuất tín hiệu điều khiển khởi động động cơ servo đẩy sản phẩm sang băng truyền khác khi đủ số lượng và xuất tín hiệu cho LCD hiển thị chính xác số sản phẩm Có khả năng reset hệ thống khi nhận được tín hiệu từ nút bấm bên ngoài 6 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 - Về phầm mềm lập trình: phần mềm lập trình arduino ide trên máy tính, phần mềm lập trình chính xác, phổ biến, dễ dàng cho người mới tiếp cận - Mô hình hóa và mô phỏng: thực hiện mô hình hóa hệ điện trên phần mềm Proteus và sử dụng code viết trên phần mềm Arduino để mô phỏng hoạt động của hệ thống trên Proteus 1.2 Phương pháp, phạm vi và giới hạn nghiên cứu  Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Dựa vào kiến thức đã được học trong các môn học như: Cơ sở hệ thống tự động, Cảm biến và hệ thống đo, tìm hiểu qua Internet, sách vở, - Áp dụng những phương pháp thiết kế, tính toán, phân tích, xử lý số liệu xây dựng mô hình phù hợp với đề tài - Hiểu được nguyên tắc hoạt động của cảm biến quang, đặt ra các vấn đề cần giải quyết từ đó xây dựng hệ thống  Phương pháp mô hình hóa mô phỏng - Mô hình hóa thiết kế hệ thống và mô hình hóa thiết kế mạch điện sử dụng các kiến thức lý thuyết để xây dựng mô hình của hệ thống và mạch điện kết nối trên phần mềm Proteus - Xây dựng, thiết kế phần điều khiển trên phần mềm arduino ide để xây dựng code điều khiển cho hệ thống theo đúng yêu cầu bài toán đặt ra  Phạm vi và giới hạn nghiên cứu - Số lượng sản phẩm có thể đếm: 0 – 99 sản phẩm - Sai số: không quá 5% - Khoảng cách giữa sản phẩm và cảm biến quang tối đa để có thể nhận diện: 3 cm 1.3 Ý nghĩa thực tiễn - Việc đếm số lượng sản phẩm của hệ thống có vai trò rất quan trọng và rất lớn trong thực tế khi áp dụng vào trong quy trình tự động hóa khi có thể kiểm, đếm số lượng sản phẩm 7 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 - Hiểu và biết sử dụng cảm biến quang để đếm số lượng sản phẩm, biết thiết kế mạch điện tử và lập trình vi điều khiển, đưa ra tín hiệu điều khiển cho motor đẩy sản phẩm qua dây truyền khác khi đủ số lượng yêu cầu - Đề cái có ứng dụng rất thực tiễn trong công nghiệp ở các dây truyền tự động hóa trong sản xuất, như dây truyền sản xuất bánh kẹo, đồ hộp … 8 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com) lOMoARcPSD|39222806 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Phân tích, lựa chọn thiết bị 2.1.1 Phân tích, lựa chọn cảm biến Cấu tạo, nguyên lý và phân loại của cảm biến quang  Cấu tạo: Bộ phát ánh sáng phát ra ánh sáng dạng xung Tần số ánh sáng này sẽ được các hãng sản xuất thiết kế một cách đặc biệt Mục đích chính là giúp cho bộ thu ánh sáng phân biệt được nguồn sáng từ cảm biến và từ nguồn khác Bộ thu ánh sáng tiếp nhận ánh sáng từ bộ thu ánh sáng Trong cảm biến quang nhiệt thì nó chỉ nhận ánh sáng từ bộ phát sáng và truyền tín hiệu qua mạch xử lý Mạch xử lý tín hiệu điện trong cảm biến điện quang sẽ tiếp thu tín hiệu từ bộ thu ánh sáng Nó sẽ chuyển tín hiệu theo tỉ lệ từ tranzito quang thành ON/OFF Dạng tín hiệu chuyển thành này được khuếch đại rộng hơn  Nguyên lý hoạt động: Bộ phát ánh sáng sẽ phát ra ánh sáng ở dạng tần số Bộ thu ánh sáng sẽ tiếp nhận ánh sáng được phát ra đó và chuyển tín hiệu đến mạch xử lý tín hiệu Tại đây, tín hiệu sẽ được chuyển đổi từ dạng transistor thành ON/OFF Tín hiệu ngõ ra thường dùng nhất ở đây là NPN và PNP  Phân loại cảm biến: Cảm biến quang loại thu phát độc lập: có độ tin cậy cao, khoảng cách phát hiện xa, không bị ảnh hưởng bởi màu sắc, bề mặt vật thể Cảm biến quang thu phát chung-phản xạ gương: độ tin cậy cao, giảm bớt dây dẫn, có thể phân biệt được vật mờ, trong suốt Cảm biến quang thu phát chung khuyết tán: dễ lắp đặt, nhưng bị ảnh hưởng bởi bề mặt màu sắc vật, ảnh hưởng nền Cảm biến loại phản xạ giới hạn: không bị ảnh hưởng bởi màu sắc nền nhưng chỉ phát hiện vật trong vùng phạm vi giới hạn Cảm biến quang loại phát hiện màu: độ tin cậy cao, dễ sử dụng, có thể dạy cho cảm biến về màu sắc vật 9 Downloaded by MON HOANG (monmon3@gmail.com)