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

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ

THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN BĂNG CHUYỀN PHÂN LOẠI CÀ CHUA THEO

MÀU SẮC

Giáo viên hướng dẫn: ĐỖ HOÀNG NGÂN MI

Sinh viên thực hiện: TRẦN ANH TÚ

2050551200227

Lớp 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

1.5 NGUYÊN LÝ CHUNG

CHƯƠNG 2.TỔNG QUAN VỀ CÁC LINH KIỆN

2.1 MẠCH NGUỒN

2.2 ARDUINO UNO R3 MEGA328P

2.3 CẢM BIẾN MÀU TCS3200

2.4 ĐỘNG CƠ SERVO SG90

2.5 ĐỘNG CƠ MOTOR LK0195

2.7 MÀN HÌNH LCD1602

CHƯƠNG 3.TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

3.1 SƠ ĐỒ KHỐI

3.2 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT

3.4 TÍNH CHỌN

CHƯƠNG 4.THI CÔNG HỆ THỐNG

4.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG

4.2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG

4.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG

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 thuật của các chuyên ngành điện công nghiệp, tự động hóa, cơ điện…Nhằm cung cấp cho người học những kiến thức cơ bản về các phương pháp điều khiển tốc độ của hệ truyền động điện, tính chọn được động cơ điện cho các hệ truyền động, phân tích được cấu tạo, nguyên lý của một số thiết

bị điển hình như: inverter, các bộ biến đổi, cũng như lựa chọn được các bộ biến đổi phù hợp với yêu cầu hệ truyền động.

Trong cuộc sống hiện đại ngày nay thì việc sản xuất trong các nhà máy cũng loại bỏ những cách thủ công mà thay vào đó là sản xuất theo dây chuyền Xuất phát từ thực tế

đó 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 kiến thức thực tế có hạn nên không thể tránh khỏi sai sót, kính mong 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 TÀI1.1 MỤC 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

1.2 NỘI 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 “Điều khiển băng chuyền phân loại sản phẩm cà chua theo màu sắc” 1.3 YÊU 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

1.4 HƯỚNG 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 trong

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

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC LINH KIỆN

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 và

phạm 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 sư

và sinh viên nước Ý thiết kế và đưa ra đầu tiên vào năm

2005 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, động

cơ, 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 thiết

kế 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 Arduino

Gồm:

- Nguồn (USB / Barrel Jack)

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

Thông Số Kỹ Thuật Của Arduino R3

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V

Điện áp vào giới hạn 6-20V

Digital I/O pin 14 (trong đó 6 pincó khả năng băm

xung)

Cường độ dòng điện trên mỗi

Vi điều khiển ATmega328P

Cường 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 này

và 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

- 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 khác

sẽ 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 đầu

ra Nó có thể được chia tỷ lệ thành các giá trị đặt trướcsau: 2%, 20% hoặc 100% Các bộ vi điều khiển khác nhau

có cấu hình cho bộ định thời khác nhau Chức năng chia

tỷ 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

và đơn giản như cánh tay robot Động cơ có tốc

độ 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.

- Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD

hổ trợ việc kết nối, đi dây điện

- Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM điềuchình độ sáng để sử dụng ít điện năng hơn

- 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 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

 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 biến

và 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 tương

- 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)

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 THỐNG

a) 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 với

dữ 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 Trong

đó 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 cơ

cơ bước Với vi điều khiển Atmega328 với 8bit AVR Atmel trong

đó 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 cho

mô 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 cho

phép mà không cần xin phép ai, điều mà họ không

được 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 nhật

rất nhanh khiến thông tin của người dùng không bị

mất 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

này

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 phân

bố 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

Hình 4.5: Chip TCS3200

Tỷ lệ tần số:

Bảng 3.1: Tỷ lệ tần số đầu ra

- Cảm biến có 4 chân Input gồm S0, S1, S2, S3 để lựa chọn tỉ lệ cần

sử dụng với L là mức thấp (LOW) hoặc H là mức cao (HIGH)

- Chân điều khiển S0 và S1 ta chọn được ba giá trị điều chỉnh tỉ lệ tần

số đã được định trước thông qua các mức logic gồm:

- 2% tương ứng 10 – 12 KHZ