đồ án truyền động điện thiết kế và điều khiển băng chuyền phân loại cà chua theo màu sắc

5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN...TÀI LIỆU THAM KHẢO...LỜI NÓI ĐẦUTruyền động điện là một trong các môn học cơ sở kỹ thuậtcủa các chuyên ngành điện công nghiệp, tự động hóa, cơđiện…Nhằm cung cấp ch

MÀU SẮC

Giáo viên hướng dẫn: ĐỖ HOÀNG NGÂN MISinh viên thực hiện: TRẦN ANH TÚ

2050551200227Lớp Học Phần: 223DATDD2001

Đà Nẵng, Tháng 5 năm 2024

MỤC LỤ

CHƯƠNG 1.GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

1.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

1.3 YÊU CẦU ĐẶT RA

1.4 HƯỚNG GIẢI QUYẾT

4.4 MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB

4.5 MÔ PHỎNG TRÊN PROTEUS

4.6 MÔ HÌNH THỰC TẾ

CHƯƠNG 5.KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

5.1 KẾT LUẬN

5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

LỜI NÓI ĐẦU

Truyền động điện là một trong các môn học cơ sở kỹ thuậtcủa các chuyên ngành điện công nghiệp, tự động hóa, cơđiện…Nhằm cung cấp cho người học những kiến thức cơbản về các phương pháp điều khiển tốc độ của hệ truyềnđộng điện, tính chọn được động cơ điện cho các hệ truyềnđộng, phân tích được cấu tạo, nguyên lý của một số thiếtbị điển hình như: inverter, các bộ biến đổi, cũng như lựachọn được các bộ biến đổi phù hợp với yêu cầu hệ truyềnđộng.

Trong cuộc sống hiện đại ngày nay thì việc sản xuất trongcác nhà máy cũng loại bỏ những cách thủ công mà thayvào đó là sản xuất theo dây chuyền Xuất phát từ thực tếđó và môn truyền động điện thì chúng em chọn đề tài:“Thiết kế và điều khiển băng chuyền phân loại sản phẩm(cà chua) theo màu sắc”.

Với sự hướng dẫn của giảng viên: Đỗ Hoàng Ngân Mi,

chúng em đã tiến hành nghiên cứu và thiết kế đề tài.

Trong quá trình thực hiện đề tài do khả năng và kiếnthức thực tế có hạn nên không thể tránh khỏi sai sót, kínhmong cô đóng góp ý kiến để tài nhóm em hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn.

Nhóm các sinh viên thực hiện:

TRẦN ANH TÚ

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI1.1MỤC TIÊU ĐỀ TÀI

Trong quá trình sản xuất, việc phân loại sản phẩm đóng vai trò thiết yếu.Có nhiều hướng để phân biệt nhiều dòng sản phẩm khác nhau tùy vàomục đích sử dụng Đề tài này hướng vào việc nghiên cứu phân loại sảnphẩm theo màu sắc đã được định trước.

Chính vì vậy, với mong muốn đưa ra giải pháp nhằm khắc phục nhữngnhược điểm trên, chúng em xin thực hiện đề tài “Phân loại cà chua theomàu sắc” nhằm mang lại những lợi ích cụ thể:

- Giảm sức lao động

- Nâng cao năng suất lao động

- Giúp cho việc quản lý và giám sát trở nên đơn giản- Giảm chi phí thuê nhân công

1.2NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Để giảm thiểu chi phí thuê nhân công và đạt sản lượng trong sản

xuất Nhóm em quyết định đưa ra Đối tượng nghiên cứu là “Điềukhiển băng chuyền phân loại sản phẩm cà chua theo màu sắc” 1.3YÊU CẦU ĐẶT RA

Để phục vụ cho việc phân loại sản phẩm cà chua theo màu sắc thì cầnđặt ra những yêu cầu sau:

- Phân loại sản phẩm cà chua theo 2 màu: xanh đỏ và một màu khác- Dễ dàng điều khiển và bảo trì

1.4HƯỚNG GIẢI QUYẾT

Với những yêu cầu trên nhóm em đã đưa ra hướng giải quyết như sau- Sử dụng cảm biến để nhận dạng sản phẩm và màu sắc của cà chua.- Sử dụng động cơ servo để phân loại sản phẩm

- Viết lưu đồ thuật toán và lập trình

Nhóm em đã quyết định sử dụng Ardunio để điều khiển phần cứng trongmô hình “Điều khiển băng chuyền phân loại cà chua theo màu sắc.”

- Nếu cảm biến TCS3200 nhận dạng được sản phẩm cà chua khiqua băng chuyền màu đỏ sẽ được động cơ đẩy vào kho màu đỏ - Nếu cảm biến nhận dạng được màu xanh sẽ đưa cà chua qua kho

màu xanh, sản phẩm cà chua còn lại sẽ được đưa theo băngchuyền về phía trước

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC LINH KIỆN

2.1 MẠCH NGUỒN

Sử dụng nguồn 24V điều khiển phần động lực và 5V cho phần điều khiển Việc sử dụng 2 nguồn riêng biệt để giúp hệ thống hoạt động ổn định hơn.

 Nguồn động lực

Nguồn động lực 24V được chuyển từ nguồn AC sang.

Hình 2.1 Mạch chuyển đổi điện áp

IC LM317 là mạch tích hợp nguyên khối được sử dụng

để điều chỉnh điện áp Dòng điện đầu ra lên đến 1,5A vàphạm vi điện áp đầu ra có thể điều chỉnh trên phạm vi 1,2 đến 37 V nên IC LM 317 là một linh kiện chuyển đổi khá là tiện dụng

2.2 ARDUINO UNO R3 MEGA328P

Hình2.2 Arduino R3

a Tổng quan về Arduino R3

- Arduino là một bo mạch vi điều khiển do một nhóm giáo sưvà sinh viên nước Ý thiết kế và đưa ra đầu tiên vào năm2005 Mạch Arduino được sử dụng để cảm nhận và điềukhiển nhiều đối tượng khác nhau Nó có thể thực hiện nhiềunhiệm vụ lấy tín hiệu từ cảm biến đến điều khiển đèn, độngcơ, và nhiều đối tượng khác Ngoài ra mạch còn có khả năngliên kết với nhiều module khác nhau như module đọc thẻ từ,ethernet shield, sim900A, ….để tăng khả ứng dụng củamạch.

- Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiếtkế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM, Atmel32-bit,… Hiện phần cứng của Arduino có tất cả 6 phiên bản,Tuy nhiên phiên bản thường được sử dụng nhiều nhất làArduino Uno và Arduino Mega.

- Phần mềm để lập trình cho mạch Arduino là phần mềm IDE.

b Cấu tạo của ArduinoGồm:

- Nguồn (USB / Barrel Jack)

- Chân (5V, 3,3V, Analog, Digital, PWM, AREF)- Nút reset(reset button)

- Đèn led báo nguồn(power led indicator)- Led TX và RX( TX RX Leds)

- IC Chủ(Main IC)

- Bộ Điều Chỉnh Điện Áp

Thông Số Kỹ Thuật Của Arduino R3

Cường độ dòng điện trên mỗi

Vi điều khiển ATmega328PCường độ dòng điện trên mỗi

Flash Memory

32 KB

(ATmega328P)0.5 KB được sử dụng bởi

- Máy bay không người lái

- Điều khiển thiết bị thông qua internet

- Nhận biết và cảnh báo các vấn đề nguy hiểm như cảnh báo cháy, nồng độ hóa chất khí gas

độc hại thông qua cảm biến

- Điều khiển bật tắt đơn giản ,cảm biến âm thanh, ánh sáng

2.3 CẢM BIẾN MÀU TCS3200

a Khái niệm

Hình 2.3 Cảm biến màu TCS3200

- Cảm biến màu sắc TCS3200 Color Sensor được sử dụng để nhận biết màu sắc bằng cách đo phản xạ 2 màu sắc cơ bản từ vật thể là đỏ, xanh lá và xanh dương từ đó xuất ra tần số xung tương ứng với 2 màu này qua các chân tín hiệu, đo 2 tần số xung nàyvà qua 1 vài bước chuyển đổi nhất định là bạn sẽ có đươc thông tin của màu sắc của vật thể cần đo.

Sơ đồ chân:

Thông tin kỹ thuật:

- Chuyển đổi cường độ ánh sáng thành tần số có độ phân giải cao.

- Lập trình lựa chọn bộ lọc màu sắc khác nhau và dạng tần số xuất ra.

- Giao tiếp trực tiếp với vi điều khiển.- Điện áp 2.7 – 5.5V.

- 16 photodiode có thể lọc màu đỏ (red)

- 16 photodiode có thể lọc màu xanh lá (green)

- 16 photodiode có thể lọc màu xanh dương (blue)

- 16 photodiode trắng không lọc (clear)

Bản chất của 4 loại photodiode trên như là các bộ lọc ánhsáng có màu sắc khác nhau Khi lựa chọn một bộ lọc màunào nó sẽ cho phép chỉ nhận biết 1 màu và các màu khácsẽ bị chặn Ví dụ, khi lựa chọn bộ lọc màu xanh lá (green)thì chỉ có ánh sáng tới màu xanh lá mới có thể được thôngqua, màu đỏ và màu xanh dương sẽ bị chặn lại như hìnhminh họa bên dưới Vì vậy, chúng ta có thể nhận đượccường độ ánh sáng màu xanh lá Tương tự như vậy, khilựa chọn các bộ lọc màu khác thì chúng ta có thể nhậnđược ánh sáng màu đỏ (red) hoặc màu xanh dương (blue).

Tại một thời điểm chỉ có 1 bộ lọc màu được chọn Việc chọn bộ lọc màu được thực hiện thông qua 2 chân S2 và S3 như bảng dưới đây.

được chuyển đổi thành sóng vuông có tần số tỷ lệ thuậnvới cường độ ánh sáng phản xạ khỏi bề mặt của vật thể.Cuối cùng, chúng ta dùng vi điều khiển đề đọc sóngvuông ngõ ra và lấy kết quả màu sắc.

Các chân S0 và S1 được sử dụng để điều chỉnh tần số đầura Nó có thể được chia tỷ lệ thành các giá trị đặt trướcsau: 2%, 20% hoặc 100% Các bộ vi điều khiển khác nhaucó cấu hình cho bộ định thời khác nhau Chức năng chiatỷ lệ tần số về cơ bản cho phép ngõ ra của cảm biến đượctối ưu hóa cho các bộ vi điều khiển khác nhau.

Chúng ta có thể lựa chọn tỉ lệ tần số ngõ ra ở các mứckhác nhau như bảng trên cho phù hợp với phần cứng đotần số.

Ứng dụng:

- Hiện nay các xe tự động đang được phát triển, có thể chạy tựđộng, xe hơi không người lái, và cảm biến là một cách để có thể phát

hiện màu sắc ở những nơi như dấu hiệu dừng lại màu đỏ và đèn giaothông, màu xanh lá cây để đi và đỏ dừng lại.

- Một thiết bị cảm biến màu sắc có thể được tích hợp vào làrobot Càng nhiều khả năng mà một robot có,và thông minh hơn Nếumột robot có thể phân biệt màu sắc, nó có nhiều khả năng

- Các ứng dụng khác bao gồm đọc truyện, cảm biến ánh sáng xungquanh và hiệu chuẩn, và màu sắc phù hợp.

2.4 ĐỘNG CƠ SERVO SG90a Khái niệm

Hình 2.4 Động cơ Servo SG90

- Động cơ Servo SG90 (Góc Quay 180) là Servophổ biến dùng trong các mô hình điều khiển nhỏvà đơn giản như cánh tay robot Động cơ có tốcđộ phản ứng nhanh, được tích hợp sẵn Driverđiều khiển động cơ, dễ dàng điều khiển góc quaybằng phương pháp điều độ rộng xung PWM.

- Màn hình text LCD1602 xanh lá sử dụng driver

HD44780, có khả năng hiển thị 2 dòng với mỗi dòng

16 ký tự, màn hình có độ bền cao, rất phổ biến,nhiều code mẫu và dễ sử dụng thích hợp cho nhữngngười mới học và làm dự án.

- Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu

- Có bộ ký tự được xây dựng hổ trợ tiếng Anh và tiếngNhật

2.6 MẠCH CHUYỂN ĐỔI I2C CHO LCD

LCD có quá nhiều chân gây khó khăn trong quá trìnhkết nối và chiếm dụng nhiều chân của vi điều khiển?Module chuyển đổi I2C cho LCD sẽ giải quyết vấn đềnày cho bạn, thay vì sử dụng tối thiểu 6 chân của viđiều khiển để kết nối với LCD (RS, EN, D7, D6, D5 vàD4) thì với module chuyển đổi bạn chỉ cần sử dụng 2chân (SCL, SDA) để kết nối Module chuyển đổi I2C hỗtrợ các loại LCD sử dụng driver HD44780(LCD 1602,LCD 2004, … ), kết nối với vi điều khiển thông qua giaotiếp I2C, tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiệnnay.

 Địa chỉ mặc định: 0X27 (có thể điều chỉnh bằng ngắn mạchchân 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

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

3.1 SƠ ĐỒ KHỐI

Hình 3.1: Sơ đồ các khối

Chi tiết các khối:

- Khối nguồn: Gồm các linh kiện tác động đến công suất, dòng điện(Adapter, Module nguồn…) nhằm mục đích cung cấp năng lượngthích hợp cho mô hình hệ thống bao gồm Vi điều khiển, cảm biếnvà động cơ.

- Khối xử lý trung tâm:

- Arduino Uno R3 với chip điều khiển là ATMEGA328P- Khối cảm biến:

- Cảm biến màu TCS-3200- Khối động cơ:

- Động cơ Servo SG90

3.2 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT

- Lưu đồ là một loại sơ đồ biểu diễn một thuật toán hoặc một quátrình, biểu hiện các bước công việc dưới dạng các loại hình hộp khác

nhau theo thứ tự được biểu diễn bởi các mũi tên Sơ đồ này thể hiệngiải pháp cho vấn đề cần giải quyết từng bước từng bước một.

Giải thích lưu đồ:

- Khi hệ thống được cấp nguồn, Động cơ điều khiển băng chuyền sẽ

hoạt động và đưa sản phẩm tới

- Hệ thống sẽ bắt đầu chu trình hoạt động được lập trình

- Cảm biến màu sắc sẽ dựa trên màu sắc của vật phẩm đi qua mà đưa tín hiệu về vi điều khiển, ở giai đoạn này nếu là màu xanh thì sẽ được động cơ đưa vào băng tải sản phẩm màu xanh và tươngtự với sản phẩm màu đỏ

3.3 TÍNH CHỌN:

Đầu tiên thì Arduino hoạt động ở mức 5V hoặc 3.3V Ngoài ra có thểcấp một nguồn lớn hơn vào cổng VIN, nguồn này dao động từ 6 - 20V.Và được khuyên dùng trong mức 7 - 12V (tùy mạch) Vì thế chúng tacần phải có giải pháp dùng năng lượng cho hợp lý, và điều đầu tiên cầnphải làm là tính toán năng lượng cho toàn mạch:

- Sensor FC-51: Dòng hoạt động I1 = 50 (mA)

- Sensor TCS-3200: Dòng I2 = 150 (mA)

- Động cơ servo SG909: Dòng I3 = 1(A)

- Tổng dòng điện tiêu thụ trên mạch là: I =1.2 (A)

 Vì tất cả cùng hoạt động nên ta sẽ cần dòng điện khoảng 1200mA,vậy ta sẽ cần chuẩn bị một bộ nguồn có khả năng cho dòng điện cao nhưthế, ví dụ như là Acquy, Li-ion, Lipo Ví dụ sẽ dùng một package LiPo14.8 hoặc 11.1 V rồi hạ áp xuống 5V bằng một mạch hạ áp có dòng ralên đến 1.5A hoặc 2A,

Tiếp theo với băng truyền:

- Băng truyền có chiều dài: 60 (cm)- Bán kính trục là 2.5 (cm)

- Động cơ Motor LK0195: - Tốc độ 70 (rpm)

 Tốc độ băng tải là:

V =60.2 2,5 π

120 ≅ 10(rpm)

CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG

4.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG

- Đồ án “Phân loại và đếm cà chua theo màu sắc sử dụng Arduino”bằng việc thiết kế mô hình phân loại sản phẩm và lập trìnhArduino Ý tưởng này càng khả thi hơn khi chúng ta tiến hành ápdụng Arduino trong môi trường công nghiệp sản xuất

- Khi sản phẩm trên băng tải đi qua các loại cảm biến được thiết kếvới động cơ Servo để phân loại sản phẩm theo màu sắc, điều nàygiúp chúng ta hiểu được phần nào dây chuyền phân loại sản phẩmtrong thực tế cụ thể là các khu chế xuất, sản xuất công nghiệp

4.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNGa) Khối xử lý trung tâm

- Chức năng cảu khối xử lý trung tâm là nhận tín hiệu cân nặng từcác khối tín hiệu, sau đó xử lý cân nặng phân tích và so sánh vớidữ liệu đọc về Vì thế khối xử lý trung tâm hay chính là ArduinoUno R3 với vi điều khiển atmega328P đi kèm với giao diện USB,6 chân đầu vào analog, 14 cổng kỹ thuật số I / O được sử dụng đểkết nối để giao tiếp với module HX711 một cách thoải mái Trongđó có 14 cổng I / O, 6 chân đầu ra xung PWM cho phép các nhàthiết kế kiểm soát và điều khiển các thiết bị mạch điện tử ngoại vimột cách trực quan với các động cơ DC, động cơ servo và động cơcơ bước Với vi điều khiển Atmega328 với 8bit AVR Atmel trongđó bộ nhớ RAM là 32KB thoải mái lưu dữ liệu Arduino Uno R3còn kết nối trực tiếp với máy tính thông qua USB để giao tiếpvới phần mềm lập trình IDE, tương thích với Windows, MAChoặc Linux Systems, tuy nhiên, Windows thích hợp hơn để sửdụng Các ngôn ngữ lập trình như C và C ++ được sử dụng trong

IDE thuật tiện lập trình Nên việc sử dụng làm trung tâm xử lý chomô hình của đề tài là hợp lý.

Hình 4.1 : Sơ đồ chân của Atmega832P trong Arduino Uno R3

- Ngoài ra với yêu cầu về dòng điện và điện áp hoạt động thì

Arduino Uno R3 đã có module hạ áp (trình bày ở phần bộ nguồn ởchương 2) đã giải quyết việc cấp nguồn cho trung tâm xử lý.

Phần mềm nạp code cho Arduino:

- IDE trong Arduino IDE là phần có nghĩa là mã

nguồn mở, nghĩa là phần mềm này miễn phí cả vềphần tải về lẫn phần bản quyền: Người dùng cóquyền sửa đổi, cải tiến, phát triển, nâng cấp theo

một số nguyên tắc chung được nhà phát hành chophép mà không cần xin phép ai, điều mà họ khôngđược phép làm đối với các phần mềm nguồn đóng.- Tuy là phần mềm mã nguồn mở nhưng khả năng bảo

mật thông tin của Arduino IDE là vô cùng tuyệt vời,

khi phát hiện lỗi nhà phát hành sẽ vá nó và cập nhậtrất nhanh khiến thông tin của người dùng không bịmất hoặc rò rỉ ra bên ngoài.

Hình 4.2: Phần mềm Arduino

Arduino là một phần mềm đơn giản dễ sử dụng:

người dùng thuận tiện hơn trong thao tác Dưới đây là một sốtính năng nổi bật chúng ta thường sử dụng:

định truyền xuống bo mạch Arduino.

Nút kiểm tra lỗi (Verify)

nhập đoạn code vào bo mạch Arduino.

Nút tải code vào bo mạch (Upload)

- Vùng lập trình: người dùng sẽ viết chương trình tại khu vực

Vùng lập trình

File, Edit, Sketch, Tools, Help rất thông dụng có ở hầu hết các chương trình nhập code khác.

Thanh Menu

Một số ký hiệu cần biết với giao diện Arduino:

Hình 4.4: Bảng điều khiển trong phần mềm

b) Khối cảm biến

Cảm biến màu sắc TCS3200:

- Module cảm biến màu TCS3200 là một module cảmbiến phát hiện đầy đủ màu sắc, bao gồm cả cảm

biến TCS3200 với khả năng nhận biết 3 màu cơ bảnRGB và 4 led màu trắng Các TCS3200 có thể pháthiện và đo lường gần như tất cả màu sắc có thể nhìnthấy Các bộ lọc màu bên trong TCS3200 được phânbố đều khắp các mảng để loại bỏ sai lệch vị trí giữacác điểm màu Bên trong là một bộ dao động tạo rasóng vuông ở ngõ ra tỉ lệ với cường độ màu sắc 16điốt quang với bộ lọc màu đỏ - nhạy cảm với bướcsóng màu đỏ

số đã được định trước thông qua các mức logic gồm: - 2% tương ứng 10 – 12 KHZ