Đồ Án Tốt Nghiệp Mô Hình Cánh Tay Robot Phân Loại Sản Phẩm Theo Mã Qr.pdf

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CAO THẮNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP

LỜI CẢM ƠN

Nhóm thực hiện đề tài xin gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc đối với các thầy cô của trường, đặc biệt là các thầy cô khoa ĐIỆN – ĐIỆN TỬ của trường Cao đẳng Kỹ thuật Cao Thắng đã giảng dạy tận tình, truyền đạt những kiến thức bổ ích góp phần làm cơ sở, nền tảng cho chuyên ngành sau này.

Nhóm thực hiện đề tài xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy HUỲNH TRỌNG NHÂN giảng viên bộ môn ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP đã trang bị cho nhóm thực hiện đề tài những kiến thức, kỹ năng cơ bản và chỉ bảo tận tình cho nhóm trong suốt quá trình hoàn thành đề tài đồ án này Cảm ơn thầy đã nhiệt tình hướng dẫn nhóm thực hiện đề tài trong việc lựa chọn đề tài nghiên cứu, hướng tiếp cận và giúp nhóm chỉnh sửa những thiếu sót trong quá trình nghiên cứu.

Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, nhóm thực hiện đề tài đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, sự động viên của bạn bè.

Do kiến thức và kinh nghiệm của nhóm thực hiện đề tài còn hạn chế, thời gian ngắn, tài liệu tham khảo không nhiều, chắc chắn đồ án này không thể tránh khỏi những chỗ thiếu sót Nhóm thực hiện đề tài rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ phía Thầy, Cô để có thể bổ sung những chỗ chưa chính xác, giúp nhóm thực hiện đề tài hoàn thiện hơn và sẽ hoàn thành tốt hơn.

Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn.

TP.HCM, ngày tháng năm 2022 Nhóm thực hiện Đoàn Trần Công Quí Nguyễn Ngọc Thiện

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên:

Đánh giá chung đề tài Xuất sắc Giỏi Khá Trung bình Yếu Đề nghị:

Được phản biện Không được bảo vệ

TP.HCM, ngày … tháng… năm 2022 Giảng viên hướng dẫn (GV ký tên và ghi rõ họ tên)

1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu 1

1.5 Mục tiêu nghiên cứu 2

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

2.4.1 Sơ lược về Webcam 9

2.4.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 10

2.4.3 Ứng dụng 11

2.4.4 Thông số kỹ thuật webcam logitech C270 12

2.5 Arduino 12

2.5.1 Tổng quan về Arduino 12

2.5.2 Cấu tạo phần cứng của Arduino 13

2.5.3 Giới thiệu vi điều khiển AVR 14

2.5.4 Các dòng Arduino 14

2.5.5 Ardunio Mega 2560 20

2.5.6 Thông số kỹ thuật 21

2.5.7 Sơ đồ chân Arduino Mega 2560 21

2.6 Giao thức UART (Universal Asynchronous Receiver / Transimitter) 22

2.7.3 Giao thức truyền dữ liệu 26

2.8 Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK 28

2.15.3 Sơ đồ mạch và nguyên lý hoạt động 42

2.16 Module chuyển đổi I2C 43

4.4 Thi công Adruino 53

4.5 Thi công webcam 54

4.6 Thi công mô hình hoàn chỉnh 54

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 55

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Phần mềm Visual Studio 3

Hình 2.2 Giao diện Visual Studio 4

Hình 2.3 Giao diện lựa chọn loại project 4

Hình 2.4 Giao diện cấu hình project 5

Hình 2.5 Màn hình làm việc Visual Studio 6

Hình 2.6 Giao diện code 6

Hình 2.7: Giao diện chính của Arduino 7

Hình 2.18: Truyền thông UART 23

Hình 2.19: Sơ đồ kết nối mạng I2C 25

Hình 2.20: Sơ đồ kết nối mạng I2C 26

Hình 2.21: Điều kiện bắt đầu 26

Hình 2.22: Điều kiện kết thúc 27

Hình 2.23: Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK 28

Hình 2.24: Sơ đồ chân E18-D80NK 29

Hình 2.25: Sơ đồ đấu nối NPN 29

Hình 2.26: Sơ đồ hệ thống 30

Hình 2.27: Mạch hạ áp 5A XL4015 31

Hình 2.28: Sơ đồ mạch XL4015 31

Hình 2.29: Động cơ Servo MG996R 32

Hình 2.30: Tín hiệu PWM 33

Hình 2.31: Điều khiển động cơ Servo 33

Hình 2.32: Kích thước động cơ Servo MG996R 34

Hình 3.2: Lưu đồ giải thuật 47

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý khối xử lý trung tâm 49

Hình 3.4: Khối nguồn 50

Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến 50

Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị 50

Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý Sevro MG996 51

Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý khối vận chuyển 51

Hình 4.1: Giao diện hệ thống 52

Hình 4.2: Thi công cánh tay robot 52

Hình 4.3: Thi công LCD 53

Hình 4.4: Thi công Arduino 53 Hình 4.5: Thi công webcam 54 Hình 4.6: Thi công mô hình hoàn chỉnh 54

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Khả năng lưu trữ dữ liệu 9 Bảng 2.2: Khả năng sửa chữa lỗi 9

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết đề tài

Sự phát triển của khoa học kỹ thuật ngày càng nhanh chóng góp phần nâng cao suất lao động Đặc biệt sự ra đời và phát triển của công nghệ chế tạo robot nhằm tạo ra sự tự động hóa trong quá trình sản xuất giảm sức lao động bằng tay chân của người lao động.

Đối với nước ngoài thì robot đã được nghiên cứu và chế tạo để ứng dụng vào sản xuất đã có từ rất lâu Riêng ở nước ta lĩnh vực này còn khá mới mẻ, chúng ta vẫn chưa có nhà náy nào có khả năng chế tạo các bộ phận cấu thành của tay máy đat chuẩn quốc tế

Nắm bắt được tình hình đó nên nhóm đã tìm hiểu và nghiên cứu, xây dựng và phát triển đề tài “Mô hình cánh tay robot phân loại sản phẩm theo mã QR” để nâng cao năng suất lao động, phát triển công nghệ chế tạo robot nước ta và sử dụng đề tài này để làm đồ án tốt nghiệp của mình.

1.2 Tình hình nghiên cứu hiện nay

Với các công ty sản xuất, dịch vụ chuyển phát thì việc phân loại sản phẩm luôn là vấn đề quan trọng cần được quan tâm Việc phân loại sản phẩm bằng tay sẽ không tránh được những sai sót như nhầm sản phẩm, thất lạc,…và vấn đề lợi nhuận kinh tế cũng không cao Mô hình nghiên cứu của nhóm sẽ giúp công ty nâng cao hiệu quả kinh tế, năng suất, đáp ứng được yêu cầu nhanh chóng tiện lợi của khách hàng.

Mô hình áp dụng được trong rất nhiều ngành khác nhau như: phân loại sản phẩm trong các công ty chế biến thực phẩm, trong các kho chứa hàng,…

1.3 Mục đích nghiên cứu

Mô hình “Mô hình cánh tay robot phân loại sản phẩm theo mã QR” có thể được áp dụng rộng rãi trong công nghiệp Số lượng sản phẩm sẽ được giám sát thông qua máy tính Chỉ với 1 nhân viên thì chúng ta đã có thể phân loại sản phẩm và giám sát số lượng sản phẩm lớn.

1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Trong nội dung đồ án này, nhóm thực hiện đề tài sẽ thực hiện những nhiệm vụ sau:

Trang 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

- Dùng camera ghi hình mã QR đọc về máy tính và đọc dữ liệu lên Visual Studio - Dùng Arduino điều khiển băng tải và phân loại sản phẩm.

- Giám sát và hiển thị số lượng lên Visual Studio - Cánh tay robot gắp sản phẩm đặt đúng vào vị trí

- Xây dựng, thiết kế và thi công mô hình phần cứng một cách tối ưu nhất - Khắc phục lỗi, đưa ra đánh giá về mô hình, cải thiện mô hình, giúp mô hình

càng hoàn thiện hơn 1.5 Mục tiêu nghiên cứu

Sau khi thực hiện xong đề tài, nhóm mong muốn đạt được những kết quả như sau:

- Nắm được những kiến thức cơ bản về Visual Studio.

- Mô hình phân loại sản phẩm theo mã QR và giám sát số lượng sản phẩm - Cánh tay robot gắp và đặt sản phẩm vào vị trí

Trang 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Visual Studio

2.1.1 Mô tả

Visual studio là một phần mềm hỗ trợ đắc lực cho công việc lập trình website Công cụ này được tạo lên và thuộc quyền sở hữu của ông lớn công nghệ Microsoft Năm 1997, phần mềm lập trình nay có tên mã Project Boston Nhưng sau đó, Microsoft đã kết hợp các công cụ phát triển, đóng gói thành sản phẩm duy nhất.

Visual Studio là hệ thống tập hợp tất cả những gì liên quan tới phát triển ứng dụng, bao gồm trình chỉnh sửa mã, trình thiết kế, gỡ lỗi Tức là, bạn có thể viết code, sửa lỗi, chỉnh sửa thiết kế ứng dụng dễ dàng chỉ với 1 phần mềm Visual Studio mà thôi Không dừng lại ở đó, người dùng còn có thể thiết kế giao diện, trải nghiệm trong Visual Studio như khi phát triển ứng dụng Xamarin, UWP bằng XAML hay Blend vậy.

Phần mềm Visual studio được chia thành 2 phiên bản Visual Studio Enterprise và Visual Studio Professional, các phiên bản cao cấp có tính phí này được sử dụng nhiều bởi các công ty chuyên về lập trình Bên cạnh đó, Microsoft cũng cho ra mắt phiên bản Community (phiên bản miễn phí) của gói phần mềm, cung cấp cho người dùng những tính năng cơ bản nhất, phù hợp với các đối tượng lập trình không chuyên, mới tiếp cận tìm hiểu về công nghệ (đối tượng nghiên cứu, nhà phát triển cá nhân, hỗ trợ dự án mở, các tổ chức phi doanh nghiệp dưới 5 người dùng).

Hình 2.1 Phần mềm Visual Studio

Trang 3 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

thiết bị hoạt động Nguồn tổ ong này được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị công nghiệp.

Nguồn tổ ong 12V 10A Power Supply thích hợp với các hệ thống yêu cầu nguồn có công suất cao (dòng tải lớn ) như: Các hệ thống chiếu sáng led, led quảng cáo, camera, loa đài, máy in 3D

2.13.2 Thông số kỹ thuật

- Điện áp đầu vào 110VAC hoặc 220VAC thay đổi qua công tắc gạt bên trong - Điện áp đầu ra 9VDC~14VDC chỉnh được thông qua núm chỉnh ADJ có sẵn

2.14.1 Tổng quan

Ngày nay, thiết bị hiển thị LCD (Liquid Crystal Display) được sử dụng trong rất nhiều các ứng dụng của VĐK LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác: Nó có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa), dễ dàng đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẽ …

Có nhiều loại LCD với nhiều hình dáng và kích thước khác nhau: LCD 16x02, LCD 20x04, dựa trên kích thước màn hình để phù hợp với số lượng kí tự và mục đích sử dụng của khách hàng.

Khi sản xuất LCD, nhà sản xuất đã tích hợp chíp điều khiển (HD44780) bên trong lớp vỏ và chỉ đưa các chân giao tiếp cần thiết.

2.14.3 Sơ đồ chân

Chức năng của từng chân LCD 2004:

- Chân số 1 - VSS: chân nối đất cho LCD được nối với GND của mạch điều khiển.

- Chân số 2 - VDD: chân cấp nguồn cho LCD, được nối với VCC=5V của mạch điều khiển.

- Chân số 3 - VE: điều chỉnh độ tương phản của LCD.

- Chân số 4 - RS: chân chọn thanh ghi, được nối với logic "0" hoặc logic "1": Logic “0”: Bus DB0 - DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read)

Logic “1”: Bus DB0 - DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD - Chân số 5 - R/W: chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write), được nối với logic

“0” để ghi hoặc nối với logic “1” đọc.

- Chân số 6 - E: chân cho phép (Enable) Sau khi các tín hiệu được đặt lên bus DB0-DB7, các lệnh chỉ được chấp nhận khi có 1 xung cho phép của chân này như sau:

Ở chế độ ghi: Dữ liệu ở bus sẽ được LCD chuyển vào thanh ghi bên trong khi phát hiện một xung (high-to-low transition) của tín hiệu chân E

Trang 40

Hình 2.38: Sơ đồ chân LCD 20X04 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low-to-high transition) ở chân E và được LCD giữ ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp.

- Chân số 7 đến 14 - D0 đến D7: 8 đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này là:

Chế độ 8 bit (dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB là bit DB7) Chế độ 4 bit (dữ liệu được truyền trên 4 đường từ DB4 tới DB7, bit MSB là DB7)

- Chân số 15 - A: nguồn dương cho đèn nền - Chân số 16 - K: nguồn âm cho đèn nền 2.15 Module Relay

2.15.1 Mô tả

Module Relay 1 Kênh 5V với opto cách ly nhỏ gọn, có opto và transistor cách ly giúp cho việc sử dụng trở nên an toàn với board mạch chính, mạch được sử dụng để đóng ngắt nguồn điện công suất cao AC hoặc DC, có thể chọn đóng khi kích mức cao hoặc mức thấp bằng Jumper.

Tiếp điểm đóng ngắt gồm 3 tiếp điểm NC (thường đóng), NO (thường mở) và COM (chân chung) được cách ly hoàn toàn với board mạch chính, ở trạng thái bình thường chưa kích NC sẽ nối với COM, khi có trạng thái kích COM sẽ chuyển sang nối với NO và mất kết nối với NC.

- Sử dụng điện áp nuôi DC 5V

- Relay mỗi Relay tiêu thụ dòng khoảng 80mA.

- Điện thế đóng ngắt tối đa: AC250V ~ 10A hoặc DC30V ~ 10A - Có đèn báo đóng ngắt trên mỗi Relay.

- Có thể chọn mức tín hiệu kích 0 hoặc 1 qua jumper - Kích thước:5.0 cm x 2.6 cm x 1.9 cm

- Weight:17 g

2.15.3 Sơ đồ mạch và nguyên lý hoạt động

Mạch relay sử dụng opto có thể chọn mức tín hiệu kích là cao hoặc thấp bằng Jumper Ưu điểm của mạch này là cách ly hoàn toàn về điện giữa vi điều khiển với relay và tải Điều này sẽ giúp vi điều khiển loại được một số nhiễu không mong muốn khi hoạt động, dẫn mạch đến hoạt động ổn định hơn.

Hình 2.40: Sơ đồ mạch relay Nguyên lý hoạt động:

- Trường hợp 1: Khi Jumper nối điện trở R3 với GND (0V):

Khi tín hiệu điều khiển từ chân D8 ở mức thấp, Led bên trong opto không sáng do đó transistor phía bên kia của opto không dẫn điện Khi đó chân B của transistor Q1 sẽ được kéo lên nguồn, nên Q1 không dẫn Cuộn dây relay không được cấp điện, relay mở.

Trang 42 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Khi tín hiệu điều khiển từ chân D8 ở mức cao, Led opto sáng nên kích transistor phía bên kia của opto dẫn điện, kéo điện áp cực B xuống 0V Khi đó transistor Q1 được phân cực nên dẫn điện, dòng điện chạy qua cuộn dây của relay, relay đóng.

- Trường hợp 2: Khi jumper nối điện trở R3 lên nguồn (5V)

Khi tín hiệu từ chân D8 ở mức thấp, Led của opto sáng nên tương tự trường hợp trên relay đóng.

Khi tín hiệu từ chân D8 ở mức cao, Led opto không sáng, relay mở.

=> Qua hai trường hợp ta kết luận khi jumper nối với nguồn thì mạch kích mức thấp, khi jumper nối với GND thì mạch kích mức cao Vi điều khiển được cách ly hoàn toàn về điện, thay vào đó dùng opto để điều khiển bằng quang học 2.16 Module chuyển đổi I2C

2.16.1 Mô tả

Màn hình LCD có quá nhiều chân gây khó khăn trong quá trình kết nối và chiếm dụng nhiều chân của vi điều khiển? Module chuyển đổi I2C cho LCD sẽ giải quyết vấn đề này cho bạn, thay vì sử dụng tối thiểu 6 chân của vi điều khiển để kết nối với LCD (RS, EN, D7, D6, D5 và D4) thì với module chuyển đổi bạn chỉ cần sử dụng 2 chân (SCL, SDA) để kết nối Module chuyển đổi I2C hỗ trợ các loại LCD sử dụng driver HD44780(LCD 1602, LCD 2004, …), kết nối với vi điều khiển thông qua giao tiếp I2C, tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay.

2.16.2 Sơ đồ chân

Trang 43 Hình 2.41: Module chuyển đổi I2C CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

- VCC: kết nối nguồn 5V cấp từ Arduino - GND: chân kết nối GND

- SDA: Đường truyền cho master- slave để truyền nhận dữ liệu - SCL: Đường mang tín hiệu xung nhịp.

2.16.3 Thông số kỹ thuật - Điện áp hoạt động: 2.5-6VDC

- Hỗ trợ màn hình: LCD1602, 2004 (driver HD44780) - Giao tiếp: I2C

- Địa chỉ mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh bằng ngắn mạch chân A0/A1/A2) - Kích thước: 41.5mm(L)x19mm(W)x15.3mm(H)

- Trọng lượng: 5g

- Tích hợp Jump chốt để cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt - Tích hợp biến trở xoay điều chỉnh độ tương phản cho LCD 2.17 Quạt tản nhiệt 12V

2.17.1 Giới thiệu

Để tránh tình trạng không gian kín và thời gian làm việc lâu dài gây ảnh hưởng đến tuổi thọ của các linh kiện điện tử, nhóm thực hiện đề tài đã gắn thêm cho mô hình một quạt tản nhiệt có kích thước: 8 x 8 x 2.5 cm.

Trang 44 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.42: Quạt tản nhiệt

Chương 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Yêu cầu hệ thống

- Quét mã QR, phân loại được sản phẩm - Phân loại sản phẩm đúng và đủ số lượng.

- Giám sát số lượng, trạng thái của sản phẩm thông qua màn hình - Giao diện điều khiển trên Visual trực quan và dễ sử dụng - Đảm bảo về mặt thẩm mĩ và an toàn kĩ thuật.

- Dễ sử dụng, lắp đặt, chi phí thấp 3.2 Sơ đồ khối

Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống Khối nguồn:

Cấp nguồn 12VDC cho motor của băng chuyền, cảm biến và quạt Cấp nguồn 5VDC cho LCD, động cơ servo, arduino.

- Dùng nguồn tổ ong 12VDC cấp trực tiếp cho motor của băng chuyền,