Đang tải... (xem toàn văn)
Trong công nghiệp, việc xác định số lượng của sản phẩm một cách chính xác là vô cùng cần thiết. Việc xác định số lượng của sản phẩm thông qua các hệ thống kết cấu cơ khí hay nhân công thường mang lại độ chính xác và hiệu quả không cao, hơn nữa kết quả đo lại cần có sự kiểm tra trực tiếp của con người, vì vậy nên phương pháp này không thể ứng dụng trong các hệ thống công nghiệp lớn, các hệ thống vận hành tự động hóa. Các hệ thống hiện đại đòi hỏi phải có độ chính xác rất cao, kết quả có thể được sử dụng trực tiếp vào các mục tiêu điều khiển một cách hoàn toàn tự động. Việc sử dụng công nghệ phù hợp, hiển thị chính xác các thông số là vấn đề được những kỹ sư quan tâm. Qua những lý do trên, chúng em lựa chọn đề tài cho bài tập môn học Cảm biến và hệ thống đo là: “Bộ đếm sản lượng sản phẩm trực tiếp”. Bằng việc sử dụng cảm biến quang để kiểm soát sản lượng một cách chính xác nhất, nhằm đơn giản hoá quá trình quản lý và tiết kiệm nhân lực trong quá trình sản xuất đồng thời tạo động lực cho quá trình sản xuất của các nhà máy, phân xưởng, xí nghiệp. Bài tập nghiên cứu sử dụng cảm biến….
Trang 1BÁO CÁO PROJECT
THIẾT BỊ KIỂM SOÁT SẢN LƯỢNGBẰNG CẢM BIẾN QUANG
Học phần: Cảm biến và hệ thống đo GVHD: Bùi Thanh Lâm
Sinh viên thực hiện
Lưu Vũ Việt AnhNguyễn Đăng HàVũ Trọng Hải Đăng
Khóa: K16
Mã lớp: 20222ME6044006
Trang 2MỤC LỤC
MỤC LỤC 2
LỜI NÓI ĐẦU 3
PHẦN I: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC BỘ PHẬN ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG SẢN PHẨM 4
4 Bảng mạch điều khiến Adruino UNO R3 6
Một vài thông số của Arduino UNO R3 6
Trang 4LỜI NÓI ĐẦU
Trong công nghiệp, việc xác định số lượng của sản phẩm một cách chính xác là vô cùng cần thiết Việc xác định số lượng của sản phẩm thông qua các hệ thống kết cấu cơ khí hay nhân công thường mang lại độ chính xác và hiệu quả không cao, hơn nữa kết quả đo lại cần có sự kiểm tra trực tiếp của con người, vì vậy nênphương pháp này không thể ứng dụng trong các hệ thống công nghiệp lớn, các hệthống vận hành tự động hóa Các hệ thống hiện đại đòi hỏi phải có độ chính xác rất cao, kết quả có thể được sử dụng trực tiếp vào các mục tiêu điều khiển một cách hoàn toàn tự động Việc sử dụng công nghệ phù hợp, hiển thị chính xác các thông số là vấn đề được những kỹ sư quan tâm Qua những lý do trên, chúng em lựa chọn đề tài cho bài tập môn học Cảm biến và hệ thống đo là: “Bộ đếm sản lượng sản phẩm trực tiếp” Bằng việc sử dụng cảm biến quang để kiểm soát sản lượng một cách chính xác nhất, nhằm đơn giản hoá quá trình quản lý và tiết kiệm nhân lực trong quá trình sản xuất đồng thời tạo động lực cho quá trình sản xuất của các nhà máy, phân xưởng, xí nghiệp.
Bài tập nghiên cứu sử dụng cảm biến….
Bài tập này giúp sinh viên thêm hiểu sâu và đánh giá kiến thức đã tiếp thu trong quá trình học Chúng em xin cám ơn sự hướng dẫn của thầy Bùi Thanh Lâm giúpchúng em hoàn thành bài tập này
Trang 5-PHẦN I: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC BỘ PHẬN ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG SẢN PHẨM.
1 Ba đèn led 7 đoạn
Cấu tạo
- LED 7 đoạn bao gồm 8 LED được kết nối song song để có thể thắp sáng hiển thị số “0, 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, A, b, C, d, E, F, …”.
- Mỗi đoạn Led được đánh dấu từ A tới G.
- Đoạn thứ tám gọi là “chấm thập phân” (Decimal Point) ký hiệu DP được sử dụng khi hiển thị số không phải là số nguyên
Nguyên lý hoạt động
- Nguyên tắc chung : muốn LED nào sáng thì LED đó phải được phâncực thuận.Do đó muốn tạo ra chữ số nào ta chỉ cần cho LED ở các vịtrí tương ứng sáng lên
Mô phỏng
Trang 62 Nút bấm, công tắc
Thông số kỹ thuật3 Đèn led
VàngXanh lá câyXanh dươngTrắng
LoạiSản phẩm nguyên khốiĐiện áp220 – 240 VAC 50/60HzNhiệt độ làm việc-200C +550C
Độ ẩm môi trường<85%
Trang 7Tuổi thọ50.000hMức tiêu thụ16 20 mA
Trọng lượng20gCấp bảo vệ mặt trước:IP65Retardent rating/ Cấp chống cháy: UL94-V2
Standard specifications/ Tiêu chuẩn áp dụngIEC/EN 60947-1, 60947-5-1
4 Bảng mạch điều khiến Adruino UNO R3
- Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: Một vài thông số của Arduino UNO R3
Trang 8Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O
Năng lượng
- Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V Thường thì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu bạn không có sẵn nguồn từ cổng USB Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, bạn sẽ làm hỏng Arduino UNO.
Các chân năng lượng
- GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau.
Trang 9- 5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA.- 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA.- Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực
dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND.- IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể
được đo ở chân này Và dĩ nhiên nó luôn là 5V Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn.
- RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đươngvới việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.
Lưu ý:
- Arduino UNO không có bảo vệ cắm ngược nguồn vào Do đó bạn phải hết sức cẩn thận, kiểm tra các cực âm – dương của nguồn trước khi cấp cho Arduino UNO Việc làm chập mạch nguồn vào của Arduino UNO sẽ biến nó thành một miếng nhựa chặn giấy mình khuyên bạn nên dùng nguồn từ cổng USB nếu có thể.
- Các chân 3.3V và 5V trên Arduino là các chân dùng để cấp nguồn ra cho các thiết bị khác, không phải là các chân cấp nguồn vào Việc cấp nguồn sai vị trí có thể làm hỏng board Điều này không được nhà sản xuất khuyếnkhích.
- Cấp nguồn ngoài không qua cổng USB cho Arduino UNO với điện áp dưới6V có thể làm hỏng board.
- Cấp điện áp trên 13V vào chân RESET trên board có thể làm hỏng vi điều khiển ATmega328.
- Cường độ dòng điện vào/ra ở tất cả các chân Digital và Analog của Arduino UNO nếu vượt quá 200mA sẽ làm hỏng vi điều khiển.
- Cấp điệp áp trên 5.5V vào các chân Digital hoặc Analog của Arduino UNO sẽ làm hỏng vi điều khiển.
- Cường độ dòng điện qua một chân Digital hoặc Analog bất kì của Arduino UNO vượt quá 40mA sẽ làm hỏng vi điều khiển Do đó nếu không dùng đểtruyền nhận dữ liệu, bạn phải mắc một điện trở hạn dòng.
Bộ nhớ
- Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:
- 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ
trong bộ nhớ Flash của vi điều khiển Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽ được dùng cho bootloader nhưng đừng lo, bạn hiếm khi nào cần quá 20KB bộ nhớ này đâu.
- 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến
bạn khai báo khi lập trình sẽ lưu ở đây Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớ RAM Tuy vậy, thực sự thì cũng
Trang 10hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ mà bạn phải bận tâm Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.
- 1KB cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read
Only Memory): đây giống như một chiếc ổ cứng mini – nơi bạn có thể đọc và ghi dữ liệu của mình vào đây mà không phải lo bị mất khicúp điện giống như dữ liệu trên SRAM.
Các cổng vào/ra
- Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối).
- Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:
- 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và
nhận (receive – RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết
- Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung
PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite() Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉcố định ở mức 0V và 5V như những chân khác.
- Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK)
Ngoài các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác.
- LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L)
Khi bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13 Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng.
- Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V →
5V Với chân AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham
chiếu khi sử dụng các chân analog Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit.
5 NOT: Bộ biến đổi tần số kỹ thuật (simple digital inverter)
Trang 11- Bộ biến tần (Inverter) là thiết bị điện tử hoặc mạch điện thực hiện biến đổi năng lượng điện từ dòng điện một chiều hoặc dòng điện xoay chiều ở cấu hình tần số và pha này thành dòng điện xoay chiều có cấu hình tần số và pha khác Biến tần có thể thay đổi tần số từ 1Hz đến 50 Hz hoặc lên đến 400Hz với các loại động cơ chạy tốc độ cao CNC.
Cấu tạo
- Biến tần được cấu tạo từ các bộ phận có chức năng nhận nguồn điện có điện áp đầu vào cố định với tần số cố định, từ đó biến đổi thành nguồn điệncó điện áp và tần số biến thiên ba pha có thể điều khiển.
- 1 số bộ phận chính có thể kể ra như: Bộ chỉnh lưu, IGBT, bộ kháng điện xoay chiều, bộ kháng điện 1 chiều, điện trở hãm
Nguyên lý hoạt động
- Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện hệ số công suất cosphi của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0.96 Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.
- Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển Điện áp là hàm bậc 4 của tần số
Trang 12Điều này tạo ra đặc tính mô men là hàm bậc hai của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm/quạt do bản thân mô men cũng lại là hàm bậc hai của điện áp.
- Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại Nhờ vậy, năng lượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống.- Ngoài ra, biến tần ngày nay đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác
nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau Ngày nay biến tần có tíchhợp cả bộ PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau
Ứng dụng
- Với nhiều lợi ích và ưu điểm vượt trội nên biến tần được sử dụng rất phổ biến trong sản xuất công nghiệp và dân dụng Một số ứng dụng phổ biến của biến tần:
- Bơm nước, quạt, máy nén khí, băng tải, thiết bị nâng hạ, máy cán kéo, máyép phun, thang máy, hệ thống HVAC, máy trộn, máy quay ly tâm, cải thiệnkhả năng điều khiển của các hộp số, thay thế cho việc sử dụng cơ cấu điều khiển vô cấp truyền thống trong máy công tác,…
- Biến tần được sử dụng phổ biến để điều khiển tốc độ cho tất cả máy móc trong các ngành, đặc biệt là trong công nghiệp sản xuất và công trường: băng chuyền, máy cắt gỗ, máy nghiền,
Trang 14Power supply reverse polarity protection
Chức năng
- Cảm biến trong khoảng cách xa
Trang 15Cảm biến quang có thể thực hiện cảm biến để phát hiện ra vật ở khoảngcách đến 10m Tuy nhiên, nếu ứng dụng trong môi trường từ trường haysiêu âm thì tính năng này của cảm biến sẽ không thể có được.
- Cảm biến được hầu hết các đối tượng
Nguyên tắc làm việc của cảm biến quang chính là cảm nhận ra vật thông qua ánh sáng phản xạ được từ vật hay từ đối tượng từ phát ra ánhsáng Vì thế, thiết bị không có sự giới hạn đối tượng cảm biến Từ vật làm từ kim loại, chất lỏng, thủy tinh hay gỗ để có thể sử dụng loại cảm biến này.
- Thời gian cảm biến nhanh
Do đặc điểm ánh sáng có tốc độ di chuyển nhanh nên thời gian phản hồi của cảm biến quang cũng rất nhanh chóng Tuy nhiên, bộ cảm biến quang sẽ không thực hiện hoạt động cơ học do mạch trong nó là những thành phần điện tử.
- Có độ phân giải cao
Ưu điểm của cảm biến quang chính là có độ phân giải rất cao Nó có được là bởi thiết kế hệ thống quang trong cảm biến rất độc đáo, nó có thể phát hiện ra vật nhanh với độ chính xác vượt trội.
- Không cần tiếp xúc vào vật khi cảm biến
Cảm biến quang có thể nhận ra vật ở khoảng cách từ rất xa mà không cầnphải tiếp xúc trực tiếp Ưu điểm này giúp thiết bị có thể duy trì được độ bền trong nhiều năm liền một cách hiệu quả nhất.
- Cảm biến quang có thể nhận dạng màu sắc rất tốt
Độ chính xác khi cảm biến của thiết bị được đánh giá rất cao trên thị trường Thiết bị nhờ vào tốc độ cảm biến nhanh và hấp thụ ánh sáng tốt nên việc nhận ra màu sắc của vật cũng vượt trội hơn rất nhiều.
- Điều chỉnh dễ dàng
Cảm biến này có thể định vị chùm tia ở trên vật thể rất tiện lợi Do đó, thiết bị có thể ứng dụng cho nhiều nhu cầu sử dụng khác nhau Đồng thời, việc điều chỉnh cũng sẽ rất tiện lợi.
PHẦN II NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
1Nguyên lý hoạt động2Sơ đồ mạch
3Code chương trình
PHẦN III VIDEO SẢN PHẨM
Trang 16PHẦN IVKẾT QUẢ
1Đã đạt được2Chưa đạt được
PHẦN VTÀI LIỆU THAM KHẢO