báo cáo nhập môn thiết bị đếm số lượng sản phẩm dùng cảm biến hồng ngoại

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐÀO TẠO LIÊN TỤC ---0o0--- BÁO CÁO NHẬP MÔN Thiết Bị Đếm Số Lượng Sản Phẩm Dùng Cảm Biến Hồng Ngoại Giảng Viên: Trương Thu Hương Nhóm sinh viên thực hiện

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐÀO TẠO LIÊN TỤC

BÁO CÁO NHẬP MÔN

Thiết Bị Đếm Số Lượng Sản Phẩm Dùng Cảm Biến Hồng Ngoại

Giảng Viên: Trương Thu Hương

Nhóm sinh viên thực hiện - Nhóm 4T

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

 Những ưu điểm cần phát huy ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

 Những nhược điểm cần khắc phục ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

 Đánh giá chung ………

………

………

………

………

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

MỤC LỤC

Trang

Lời nói đầu

……… 4

PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

PHẦN 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN

PHẦN 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

LỜI NÓI ĐẦU

Dưới sự tác động của công cuộc đổi mới đất nước, Việt Nam đã có những bước phát triển vượt bậc về mọi mặt Nền kinh tế đất nước đang được xây dựng theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa Song song với nền kinh tế đi lên đó thì việc các công ty, xí nghiệp trong và ngoài nước liên tục mở rộng quy mô sản xuất là điều không thể tránh khỏi

Giá trị trong việc giải quyết các vấn đề về quản lý sản phẩm được đặt ra hàng đầu với hầu hết

các quy mô công nghiệp đang hoạt động Xuất phát từ một buổi tham quan thực tế công ty Xi măng

Vicem Hải Phòng của nhóm ở đầu kì năm nhất đại học, nhóm 4T chúng em nhận ra rằng việc đếm

số lượng sản phẩm là một phần rất quan trọng của quá trình sản xuất và quản lý hàng hóa Thông thường, việc đếm số lượng sản phẩm được thực hiện thủ công, tuy nhiên, nó không chỉ tốn thời gian

mà còn có thể dẫn đến sai sót trong quá trình đếm Vì vậy, sử dụng các thiết bị đếm tự động như thiết bị đếm số lượng sản phẩm sẽ giúp giải quyết vấn đề này một cách hiệu quả và chính xác

Đó cũng là lí do nhóm chúng em lựa chọn nghiên cứu, thực hiện thiết kế và thi công Thiết bị

đếm số lượng sản phẩm làm đề tài báo cáo cho bộ môn Nhập môn của ngành Kỹ thuật Điện tử -

Viễn thông Để khác biệt với các thiết bị đang có ở thị trường, chúng em thay thế thiết bị sử dụng cảm biến quang thành cảm biến hồng ngoại Việc sử dụng cảm biến hồng ngoại sẽ có khả năng phát hiện đối tượng bằng cách phát ra tia hồng ngoại và đo độ phản xạ của đối tượng đó Khi sản phẩm được đặt trước cảm biến, tia hồng ngoại sẽ phản xạ và quay trở lại cảm biến, từ đó, thiết bị sẽ tính toán số lượng sản phẩm dựa trên số lần phát hiện tia hồng ngoại

Trong báo cáo này, chúng em sẽ trình bày về cách thức hoạt động của thiết bị đếm số lượng sản phẩm bằng cảm biến hồng ngoại, đặc điểm kỹ thuật của thiết bị và cách thiết kế thiết bị Chúng

em cũng sẽ trình bày về kết quả thử nghiệm và đánh giá hiệu quả của thiết bị đếm số lượng sản phẩm này Ngoài ra, chúng em sẽ đưa ra một số đánh giá và đề xuất để nâng cao hiệu quả của thiết

bị trong quá trình ứng dụng Với mong muốn giúp các doanh nghiệp và nhà sản xuất cải thiện quá trình quản lý sản phẩm, hy vọng rằng báo cáo này sẽ mang lại những giá trị và ý nghĩa thực tiễn Bài báo cáo được tham khảo ở nhiều tài liệu khác nhau, cũng xuất phát từ một nhóm sinh viên năm nhất chưa có nhiều kinh nghiệm nghiên cứu, để hoàn thành chúng em cũng gặp không ít những khó khăn và trở ngại do vốn kiến thức còn hạn chế Dù bận rộn nhưng thầy/cô vẫn giành thời gian chỉ bảo, sửa chữa giúp chúng em định hướng và làm việc theo hướng đúng đắn Với tất cả lòng biết ơn sâu sắc, chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến cô Trương Thu Hương và thầy Nguyễn Xuân Quyền - giảng viên Nhập môn Kỹ thuật ĐTVT - Đại học Bách Khoa Hà Nội đã hướng dẫn chúng em trong quá trình hoàn thiện báo cáo, sản phẩm

Sau cùng, nhóm chúng em rất mong nhận được những nhận xét, bổ sung về mọi mặt của thầy/cô và mọi người, từ đó chúng em có thể cải thiện được chất lượng sản phẩm của nhóm đang nghiên cứu ở hiện tại và tương lai

Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 22 tháng 2 năm 2023

PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

1 Ý TƯỞNG, LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Như đã đề cập, xuất phát từ một buổi tham quan thực tế tại Công ty Xi măng Vicem Hải Phòng của nhóm ở đầu kì năm nhất đại học, nhóm 4T chúng em nhận ra rằng việc kiểm đếm sản phẩm là một phần rất quan trọng với quá trình sản xuất và quản lý hàng hóa Bởi, trong một băng chuyền với quy

mô công nghiệp cùng sản phẩm có số lượng lớn Việc sử dụng con người để kiểm đếm, ghi chép bằng tay trở lên không hiệu quả Đôi khi nhầm lẫn, khó kiểm soát sẽ gây ra thiệt hại doanh thu Không chỉ với những doanh nghiệp vừa và nhỏ, mà tất cả các doanh nghiệp nên áp dụng tự động hóa hoàn toàn việc kiểm đếm này

Hình ảnh minh họa thiết bị đếm số lượng sản phẩm bằng cảm biến hồng ngoại

Vì thế, ý tưởng của nhóm dần hình thành, nhóm chúng em quyết định tạo ra một thiết bị đếm

số lượng sản phẩm giúp cho người lao động kiểm soát được sản lượng cho ra ở mỗi băng chuyền Tuy nhiên, để khác biệt với các thiết bị đang có ở thị trường, chúng em thay thế thiết bị sử dụng cảm biến quang thành cảm biến hồng ngoại Việc sử dụng cảm biến hồng ngoại sẽ có khả năng phát hiện đối tượng bằng cách phát ra tia hồng ngoại và đo độ phản xạ của đối tượng đó Khi sản phẩm được đặt trước cảm biến, tia hồng ngoại sẽ phản xạ và quay trở lại cảm biến, từ đó, thiết bị sẽ tính toán số lượng sản phẩm dựa trên số lần phát hiện tia hồng ngoại

2 MỤC ĐÍCH VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

A Mục đích

Với thiết bị này, người lao động không cần sử dụng phương phát thủ công để đếm, ghi chép thiết bị nữa, nó sẽ giúp việc đếm sản phẩm trở nên tự động

Giảm nhân lực trong dây chuyền sản xuất Từ đó, tiết kiệm chi phí sản xuất, dẫn đến giảm giá thành sản phẩm, nâng cao hiệu suất công việc, lao động của doanh nghiệp

B Tính cấp thiết của đề tài

Tính khoa học: Hiện tại các mô hình, thiết bị, bộ đếm sản phẩm đã được thương mại hóa

trong thị trường, chúng được vô cùng ưa chuộng Bằng sử dụng các cảm biến khác nhau, chúng em

đã tìm hiểu và nghiên cứu từng cảm biến đang được sử dụng phổ biến hiện tại để đưa ra quyết định thay thế bằng sử dụng cảm biến hồng ngoại cho sản phẩm nhóm

Ngoài ra, việc tạo ra sản phẩm này cũng giúp cho nhóm em có thể ứng dụng kiến thức đã học được ở trường, phát triển thêm những kiến thức còn hạn hẹp của bản thân, tạo kinh nghiệm cho những nghiên cứu tiếp theo tương lai

Tính kinh tế: Vì là một thiết kế đơn giản, dễ dàng hoàn thiện, nó có thể đuọc sử dụng rộng

rãi giúp cho doanh nghiệp, cơ quan xí nghiệp tiết kiệm chi phí nhân công, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin Giá thành rẻ, gọn gàng, ôn định, dễ thay thế, phù hợp với mọi yêu cầu

3 ƯU ĐIỂM, NHƯỢC ĐIỂM CỦA THIẾT BỊ

A Ưu điểm

- Giá thành rẻ, dễ sửa chữa, nhỏ gọn, ổn định

- Thay thế cho phương thức kiểm đếm số lượng thủ công, nhập liệu bằng sổ sách rất mất thời gian và không trực quan, dễ nhầm lẫn và sai sót

- Hiển thị trực quan, nhanh chóng và chính xác, hỗ trợ quan sát ở khoảng cách xa

- Tăng tính chủ động trong việc quản lí sản phẩm tránh nhầm lẫn thiếu sót

- Tăng tốc độ trong khâu kiểm đếm, quản lí số lượng sản phẩm hơn gấp nhiều lần

B Nhược điểm

- Độ chính xác phụ thuộc vào chương trình nạp trong sản phẩm

- Cảm biến đếm sản phẩm được lắp tại vị trí băng chuyền vì thế nên phụ thuộc vào vị trí cần được căn chỉnh sao cho vùng quét của cảm biến tốt nhất

PHẦN 2: GIỚI THIỆU LINH KIỆN

1 ARDUINO NANO CH340

 Mạch Arduino Nano CH340 (Arduino Nano Compatible) có thiết kế tương thích với Arduino Nano là phiên bản nhỏ gọn của Arduino Uno sử dụng MCU ATMEGA328P-AU, mọi tính năng hay chương trình chạy trên Arduino Uno đều có thể sử dụng trên Arduino Nano, một ưu điểm của Arduino Nano là vì sử dụng phiên bản IC dán nên sẽ có thêm 2 chân Analog A6, A7 so với Arduino Uno

Thông số kĩ thuật

 Thiết kế theo đúng chuẩn chân, kích thước của Arduino Nano chính hãng

2 MODULE LED 7 THANH 4 SỐ HC595 0.56

 Mạch hiển thị 4 led 7 đoạn 74HC595 được thiết kế giúp bạn có thể dễ dàng điều khiển và

hiển thị thông tin lên 4 led 7 đoạn chỉ với 3 chân giao tiếp thông qua IC ghi dịch 74HC595,

ngoài ra mạch còn có khả năng mở rộng thêm các led tiếp theo qua cổng đầu ra nối tiếp, mạch có bộ thư viện đi kèm dễ sử dụng phù hợp cho các ứng dụng bộ đếm

Thông số kĩ thuật

 Sử dụng 2 IC 595 để điều khiển

 Chỉ cần dùng 3 chân vào vi điều khiển

 Điện áp hoạt động: 3.3V - 5V

 LED hiển thị: 3 LED 7 thanh 0.56 inch anot chung

 Kích thước board: 68.8 x 24 x 10MM

3 DÂY NỐI

 Nối các linh kiện, cấu tạo các chi tiết với nhau.

4 HTC-TECH MODULE HTC NANO - CỔNG MICRO USB 5V

Uno, mọi tính năng hay chương trình có trên Arduino Uno hoàn toàn tương thích với Arduino

1

Nano Nó à module chuyển đổi cổng USB sang cổng nối tiếp UART, sử dụng chip CP2102 của Silicon Labs

Thông số kĩ thuật

 Vi điều khiển: Atmel ATmega328

 Trình điều khiển: CH340

 Điện áp hoạt động (mức logic): 5 V

 Điện áp đầu vào (khuyên dùng): 7-9V

 Điện áp đầu vào (giới hạn): 5-12V

 Chân I/O kỹ thuật số: 14 (trong đó 6 chân cung cấp đầu ra PWM)

 Chân đầu vào tương tự: 8 kênh 10 bit

 Dòng DC trên mỗi chân I/O: 40 mA

 Bộ nhớ Flash: 32 KB (trong đó 2KB được sử dụng bởi bootloader)

 SRAM: 2 KB

EEPROM: 1KB

 Tốc độ xung nhịp: 16 MHz

 Kích thước: 18.54x43.18mm

5 CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI E18-D80NK

cách tới vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sử dụng mắt nhận và phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt Cảm biến có thể chỉnh khoảng cách báo mong muốn thông qua biến trở, ngõ ra cảm biến ở dạng cực thu hở nên cần thêm 1 trở treo lên nguồn ở chân tín hiệu khi sử dụng

Cảm biến hồng ngoại E18 - D80NK Sơ đồ chân Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK

Thông số kĩ thuật

 Ngõ ra dạng NPN cực thu hở giúp tùy biến được điện áp ngõ ra, trở treo lên áp bao nhiêu sẽ tạo thành điện áp ngõ ra bấy nhiêu

6 MẠCH MỞ RỘNG ARDUINO NANO IO SHIELD V1.0

cho Arduino Nano có thể giao tiếp với các module bên ngoài dễ dàng hơn

PHẦN 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

2 CÁC BƯỚC THIẾT KẾ

 Kết nối HTC-TECH Module HTC Nano với cảm biến vật cản hồng ngoại: Cảm biến vật cản hồng ngoại được kết nối với một chân INPUT của module HTC Nano để đọc giá trị tín hiệu

từ cảm biến

 Kết nối mạch mở rộng Arduino Nano IO Shield V1.0 với HTC Nano: Module HTC Nano được cắm vào cổng DIP Socket trên mạch mở rộng Arduino Nano IO Shield V1.0

 Kết nối mạch hiển thị 4 led 7 đoạn với module HTC Nano: Mạch hiển thị được kết nối với

ba chân OUTPUT trên module HTC Nano

 Lập trình: Sử dụng IDE Arduino để viết mã lập trình cho module HTC Nano và mạch hiển thị 4 led 7 đoạn

 Khi sản phẩm vượt qua cảm biến vật cản hồng ngoại, số lượng sản phẩm được tăng lên một đơn vị và được hiển thị trên mạch hiển thị 4 led 7 đoạn

KẾT QUẢ

Sau khi thực hiện thiết kế và lập trình, thiết bị đã hoạt động ổn định, đáp ứng yêu cầu đếm số lượng sản phẩm Thông tin số lượng sản phẩm được hiển thị chính xác trên mạch hiển thị 4 led 7 đoạn

3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Lắp thiết bị cảm biến ở vị trí băng chuyền sao cho vị trí lắp được căn chỉnh vùng quét cảm biến tốt nhất

Khi sản phẩm đi qua cảm biến, tín hiệu được truyền đến chân input của Arduino Nano thông qua mạch mở rộng Arduino Nano IO Shield V1.0

Arduino Nano sẽ đếm số lượng sản phẩm và hiển thị số lượng sản phẩm lên mạch hiển thị Led 4 led 7 đoạn

4 CHƯƠNG TRÌNH NẠP VÀO SẢN PHẨM

Giải thích chương trình

#include <Led4digit74HC595.h>

 Đây là một thư viện để điều khiển màn hình LED 7 đoạn thông qua module

Led4digit74HC595

Led4digit74HC595 myLedDisplay(A2, A1, A0);

 Các chân kết nối theo thứ tự (A2- SCLK, A1-RCLK, A0-DIO) Tạo đối tượng myLedDisplay

từ class Led4digit74HC595, được kết nối với các chân của Arduino thông qua ba chân A2, A1, A0 của board

int sodem = 0; int xet = 0; int num = 0; int cambien = 5;

 Khai báo và khởi tạo giá trị ban đầu cho một số biến:

 sodem: Biến để lưu giá trị số trên màn hình LED 7 đoạn.

 xet: Biến kiểm tra trạng thái để ngăn chặn sự thay đổi liên tục của giá trị sodem.

 num: Biến để đếm số lần nhấn nút bấm.

 cambien: Biến lưu giá trị chân kết nối với nút bấm.

void setup() { myLedDisplay.setDecimalPoint(0); pinMode(cambien, INPUT); }

 Hàm setup() được gọi khi chương trình bắt đầu, được sử dụng để thiết lập cấu hình cho các biến và chân của Arduino

 Hàm này có hai lệnh: myLedDisplay.setDecimalPoint(0): Tắt điểm thập phân trên màn

hình LED 7 đoạn. pinMode(cambien, INPUT): Cấu hình chân kết nối với nút bấm là chế độ đầu vào

void loop() { myLedDisplay.loopShow();

 Sử dụng để hiển thị số trên màn hình LED 7 đoạn myLedDisplay.setNumber(sodem);

 Thiết lập giá trị số được hiển thị trên LED 7 đoạn int trangthaicambien =

digitalRead(cambien);

 Đọc trạng thái button if (trangthaicambien == LOW) { num++; } else { num = 0; } if ((num >= 100) && (xet == 0)) { sodem++; xet = 1; } if ((trangthaicambien == HIGH)

&& (xet == 1)) { xet = 0; }

myLedDisplay.loopShow();

 Phương thức loopShow() được gọi để hiển thị số trên màn hình LED 7 đoạn

myLedDisplay.setNumber(sodem);

 Phương thức setNumber() được sử dụng để thiết lập giá trị số được hiển thị trên màn hình LED 7 đoạn Giá trị của biến sodem được đặt là giá trị cần hiển thị trên màn hình

int trangthaicambien = digitalRead(cambien);

 Đọc trạng thái của nút bấm được kết nối với chân cambien Giá trị trả về của phương thức digitalRead() sẽ là LOW nếu nút bấm được nhấn và là HIGH nếu nút bấm không được nhấn

if (trangthaicambien == LOW) { num++; } else { num = 0; }

 Kiểm tra trạng thái của nút bấm Nếu nút bấm được nhấn, thì biến num tăng thêm một đơn vị Nếu nút bấm không được nhấn, thì biến num được đặt lại bằng 0

if ((num >= 100) && (xet == 0)) { sodem++; xet = 1; }

 Kiểm tra nếu biến num đạt giá trị bằng hoặc lớn hơn 100 và biến xet bằng 0, thì giá trị của biến sodem sẽ được tăng lên một đơn vị và biến xet được đặt bằng 1 Điều này nhằm mục đích ngăn chặn sự tăng giá trị liên tục của sodem nếu nút bấm được giữ trong thời gian dài

if ((trangthaicambien == HIGH) && (xet == 1)) { xet = 0; }

 Kiểm tra nếu nút bấm không được nhấn và biến xet bằng 1, thì biến xet được đặt lại bằng 0 Điều này nhằm mục đích cho phép tăng giá trị của sodem bằng cách nhấn nút bấm một lần duy nhất

5 HÌNH ẢNH SẢN PHẨM THỰC TẾ

 Thiết bị đếm số lượng sản phẩm dùng cảm biến hồng ngoại có kết quả chính xác.

PHẦN 4: KẾT LUẬN

Thiết bị đếm số lượng sản phẩm bằng cảm biến hồng ngoại đã được xây dựng thành công, đáp ứng yêu cầu có thể sử dụng rộng rãi trong cơ quan xí nghiệp

Chúng giúp cho các cơ qua xí nghiệp trên tiết kiệm chi phí nhân công một cách tối đa, quản

lý, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin Nếu trong tương lai, được cải tiến, nâng cấp bằng những tính năng phát triển chắc chắn rằng khả năng tăng hiệu suất làm việc trong quy mô lớn ở việc kiểm đếm sản phẩm tại quá trình sản xuất và quản lý hàng hóa sẽ tối ưu và hoàn thiện hơn bao giờ hết

Bài báo cáo này được hoàn thiện sau một quá trình nghiên cứu, thi công và kiểm tra sản phẩm một cách tỉ mỉ của nhóm em Dù đã tham khảo, tìm kiếm ở nhiều nguồn tài liệu khác nhau, nhưng chắc chắn rằng trong quá trình hoàn thành báo cáo, với những kiến thức còn cần được bồi dưỡng, chúng em không thể tránh khỏi một vài sai sót, chưa thể phát triển hoàn hảo được đề tài Vậy nên, để đề tài, sản phẩm có thể phát triển, tối ưu hơn trong tương lai, nhóm 4T chúng em cần trải qua quá trình nghiên cứu, khảo sát thực tế với thời gian dài hơn, cùng với đó là những lời khuyên, góp ý từ thầy/cô để giúp đỡ chúng em trong quá trình hoàn thiện kiến thức của mình

Em xin chân thành cảm ơn!