Băng tải phân loại theo khối lượngđáp ứng nhu cầu này bằng cách phân loại sản phẩm tự động dựa trên khối lượng,giúp tiết kiệm thời gian, nhân công và nâng cao hiệu quả hoạt động. Thị tr
TỔNG QUAN VỀ BĂNG TẢI PHÂN LOẠI
Lý do chọn đề tài
Băng tải phân loại theo khối lượng là một thiết bị quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, đóng vai trò thiết yếu trong việc tự động hóa và tối ưu hóa quy trình phân loại sản phẩm Việc lựa chọn đề tài này cho báo cáo nhằm mục đích:
Nhu cầu về tự động hóa ngày càng cao, đặc biệt trong các ngành công nghiệp sản xuất, chế biến và kho bãi Băng tải phân loại theo khối lượng đáp ứng nhu cầu này bằng cách phân loại sản phẩm tự động dựa trên khối lượng, giúp tiết kiệm thời gian, nhân công và nâng cao hiệu quả hoạt động.
Thị trường băng tải phân loại theo khối lượng đang chứng kiến sự tăng trưởng mạnh mẽ do nhu cầu gia tăng về tự động hóa và cải thiện hiệu quả chuỗi cung ứng.
Băng tải phân loại theo khối lượng sử dụng các công nghệ tiên tiến như cảm biến lực, hệ thống điều khiển tự động và robot để phân loại sản phẩm với độ chính xác cao và tốc độ nhanh.
Công nghệ này có tiềm năng to lớn để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, không chỉ giới hạn trong ngành công nghiệp sản xuất truyền thống
Băng tải phân loại theo khối lượng giúp tăng năng suất lao động, giảm thiểu sai sót và lãng phí, đồng thời tối ưu hóa quy trình phân loại sản phẩm.Việc ứng dụng công nghệ này có thể mang lại lợi ích kinh tế to lớn cho các doanh nghiệp, giúp họ tiết kiệm chi phí và nâng cao sức cạnh tranh trên thị trường
Băng tải phân loại theo khối lượng là một lĩnh vực nghiên cứu và phát triển đầy tiềm năng với nhiều chủ đề thú vị cần được khám phá.
Việc nghiên cứu về đề tài này có thể góp phần nâng cao hiệu quả hoạt động của băng tải, mở rộng ứng dụng sang các lĩnh vực mới và thúc đẩy sự
Sau thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, thấy được những lợi ích vô cùng to lớn của Băng tải phân loại theo khối lượng, em đã quyết định lựa chọn đề tài này cho đồ án tốt nghiệp với mong muốn trau dồi thêm kiến thức, thỏa mãn niềm đam mê nghiên cứu của bản thân cũng như phục vụ cho công việc trong tương lai.
Giới thiệu về băng tải phân loại khối lượng
Băng tải khối lượng, còn được gọi là băng tải phân loại theo khối lượng, có lịch sử phát triển lâu đời, trải qua nhiều giai đoạn cải tiến để trở thành thiết bị quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp Dưới đây là tóm tắt về lịch sử ra đời của băng tải khối lượng:
1 Giai đoạn tiền sử và thời kỳ đầu:
Ghi chép đầu tiên: Những ghi chép về việc sử dụng các hệ thống vận chuyển vật liệu bằng băng tải xuất hiện từ thế kỷ 17.
Thiết kế đơn giản: Băng tải đầu tiên được làm bằng gỗ và da, sử dụng ròng rọc và tay quay để cung cấp năng lượng.
Ứng dụng hạn chế: Băng tải chủ yếu được sử dụng để vận chuyển các vật liệu rời trong các nhà máy và mỏ.
2 Cuộc Cách mạng Công nghiệp:
Sự phát triển của máy móc: Cuộc Cách mạng Công nghiệp vào thế kỷ 18 và 19 thúc đẩy sự phát triển của máy móc, dẫn đến sự cải tiến thiết kế băng tải.
Sử dụng động cơ hơi nước: Băng tải bắt đầu sử dụng động cơ hơi nước để cung cấp năng lượng, giúp tăng hiệu suất và khả năng vận chuyển.
Mở rộng ứng dụng: Băng tải được sử dụng rộng rãi hơn trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm khai thác, sản xuất và nông nghiệp.
Cải tiến vật liệu: Việc phát triển các vật liệu mới như thép và cao su giúp tăng độ bền và khả năng chịu tải của băng tải.
Sự ra đời của điện: Băng tải chuyển sang sử dụng động cơ điện, giúp tăng hiệu quả và độ tin cậy.
Tự động hóa và điều khiển: Các hệ thống tự động hóa và điều khiển được tích hợp vào băng tải, giúp nâng cao hiệu quả vận chuyển và phân loại vật liệu.
Phát triển công nghệ: Các công nghệ tiên tiến như cảm biến, PLC và robot được ứng dụng vào băng tải, giúp tăng độ chính xác và linh hoạt trong vận hành.
Băng tải khối lượng đã trở thành một thiết bị quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, đóng vai trò thiết yếu trong tự động hóa và tối ưu hóa quy trình phân loại sản phẩm Các loại băng tải khối lượng hiện đại có nhiều kiểu dáng, kích thước và chức năng khác nhau, đáp ứng nhu cầu đa dạng của các ngành công nghiệp khác nhau.
Băng tải phân loại khối lượng là băng tải được lắp đặt các cảm biến, các thiết bị điện tử, động cơ để có thể thay thế con người trong quá trình thực hiện hoặc một vài thao tác điều khiển.
Hệ thống bao gồm một băng tải chuyển động và một hệ thống cân bằng tải trọng để xác định khối lượng của sản phẩm Khi sản phẩm di chuyển trên băng tải, hệ thống cân bằng tải trọng sẽ xác định khối lượng của sản phẩm và chuyển nó đến vị trí phù hợp trên băng tải để phân loại.
Các sản phẩm có khối lượng khác nhau sẽ được chuyển đến các vị trí khác nhau trên băng tải để phân loại Hệ thống này có thể được cấu hình để phân loại các sản phẩm thành các nhóm khối lượng khác nhau, tùy thuộc vào yêu cầu của quá trình sản xuất hoặc đóng gói.
Băng tải phân loại sản phẩm theo khối lượng có nhiều ứng dụng trong tử và sản xuất hàng tiêu dùng Hệ thống này giúp tăng năng suất và hiệu quả sản xuất, giảm chi phí nhân công và đảm bảo chất lượng sản phẩm được phân loại đúng theo khối lượng. Ở băng tải phân loại khối lượng, các cảm biến đồ vật sẽ được gắn trải dài khắp băng Kèm theo đó là các động cơ servo được sử dụng cho việc gạt sản phẩm để phân loại Đặc biệt, cảm biến cân nặng sẽ được đặt ở đầu băng, rồi truyền tín hiệu tới các cảm biến đồ vật và động cơ servo nhằm tải phân loại sản phẩm.
Nguyên tắc hoạt động của băng tải phân loại khối lượng
Nguyên tắc hoạt động của băng tải phân loại khối lượng bao gồm:
1 Cảm biến cân nặng xác định khối lượng: Cảm biến cân nặng được cài đặt để xác định khối lượng của sản phẩm khi sản phẩm được đặt lên nó.
2 Sản phẩm di chuyển trên băng tải: Sau khi xác định khối lượng của sản phẩm, nó sẽ được động cơ servo gạt lên băng tải và di chuyển theo hướng từ đầu đến cuối băng tải.
3 Phân loại sản phẩm dựa trên khối lượng: Sau khi khối lượng được xác định, hệ thống sẽ phân loại sản phẩm dựa trên các ngưỡng khối lượng được thiết lập Sản phẩm có khối lượng nhỏ hơn hoặc bằng ngưỡng được chỉ định sẽ được phân loại vào một vị trí trên băng tải, trong khi các sản phẩm có khối lượng lớn hơn sẽ được phân loại vào những vị trí khác trên băng tải.
4 Sản phẩm được đưa ra khỏi băng tải: Sau khi sản phẩm được phân loại, chúng sẽ được động cơ servo gạt ra khỏi băng tải tại những vị trí phù hợp. Trong quá trình hoạt động, cảm biến cân nặng loadcell cần được cài đặt và điều chỉnh để đảm bảo khả năng phân loại chính xác và hiệu quả Điều này bao gồm việc thiết lập các ngưỡng khối lượng phân loại chính xác, đảm bảo hệ thống cân bằng tải trọng hoạt động tốt và đảm bảo độ chính xác của hệ thống phân loại.
Các tiêu chuẩn đánh giá băng tải phân loại khối lượng
Các tiêu chuẩn đánh giá băng tải phân loại khối lượng có thể bao gồm:
1 Độ chính xác phân loại: Đây là tiêu chuẩn đánh giá khả năng phân loại chính xác của băng tải Độ chính xác phân loại được đánh giá bằng cách so sánh khối lượng thực tế của sản phẩm với khối lượng được phân loại trên băng tải.
2 Khả năng tải trọng: Khả năng tải trọng đánh giá khả năng của băng tải phân loại khối lượng để xử lý các sản phẩm có khối lượng khác nhau Hệ thống phải đảm bảo rằng sản phẩm có khối lượng lớn nhất cũng có thể được phân loại đúng.
3 Tốc độ hoạt động: Tốc độ hoạt động đánh giá khả năng của băng tải để xử lý các sản phẩm với tốc độ cao Hệ thống phải đảm bảo rằng sản phẩm có thể được phân loại với độ chính xác cao trong một khoảng thời gian ngắn.
4 Độ tin cậy và bảo trì: Độ tin cậy và bảo trì đánh giá khả năng của hệ thống để hoạt động liên tục và đáng tin cậy Hệ thống phải được thiết kế và bảo trì sao cho có thể hoạt động liên tục trong thời gian dài mà không gặp sự cố.
5 Chi phí: Chi phí là một tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá tính khả thi của hệ thống Hệ thống phải có chi phí hợp lý để đảm bảo tính khả thi kinh tế của nó.
Tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể của băng tải phân loại khối lượng, các tiêu chuẩn đánh giá có thể khác nhau Tuy nhiên, các tiêu chuẩn trên là các tiêu chuẩn phổ biến được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và kho vận.
Quy mô và phạm vi sử dụng
Ngành khai thác: Băng tải khối lượng được sử dụng để phân loại quặng, than, đá và các vật liệu khai thác khác theo kích thước và khối lượng.
Ngành sản xuất: Băng tải khối lượng được sử dụng để phân loại các sản phẩm công nghiệp như linh kiện điện tử, thực phẩm, dược phẩm và hóa chất.
Ngành nông nghiệp: Băng tải khối lượng được sử dụng để phân loại trái cây, rau củ, ngũ cốc và các sản phẩm nông nghiệp khác theo kích thước và
Ngành tái chế: Băng tải khối lượng được sử dụng để phân loại rác thải, phế liệu và các vật liệu tái chế khác.
Ngành logistics: Băng tải khối lượng được sử dụng để phân loại bưu kiện, hàng hóa và các vật liệu vận chuyển khác.
Băng tải quy mô nhỏ: Băng tải quy mô nhỏ thường được sử dụng trong các nhà máy và xưởng sản xuất nhỏ, có khả năng phân loại sản phẩm với tốc độ và khối lượng trung bình.
Băng tải quy mô lớn: Băng tải quy mô lớn thường được sử dụng trong các nhà máy và khu công nghiệp lớn, có khả năng phân loại sản phẩm với tốc độ cao và khối lượng lớn.
Hệ thống băng tải phức tạp: Các hệ thống băng tải phức tạp có thể bao gồm nhiều băng tải kết hợp với nhau để thực hiện các thao tác phân loại và vận chuyển sản phẩm tự động hoàn toàn.
3 Lợi ích của việc sử dụng băng tải phân loại theo khối lượng:
Tăng hiệu quả: Băng tải khối lượng giúp tăng hiệu quả phân loại sản phẩm, tiết kiệm thời gian và nhân công.
Nâng cao độ chính xác: Băng tải khối lượng có thể phân loại sản phẩm với độ chính xác cao, giúp giảm thiểu sai sót và lãng phí.
Cải thiện điều kiện làm việc: Băng tải khối lượng giúp giảm thiểu lao động thủ công, cải thiện điều kiện làm việc cho công nhân.
Tăng tính linh hoạt: Băng tải khối lượng có thể dễ dàng điều chỉnh để phù hợp với nhu cầu sản xuất khác nhau.
THIẾT KẾ MÔ HÌNH BĂNG TẢI PHÂN LOẠI THEO KHỐI LƯỢNG
Sơ đồ khối
2.3 Giao diện lập trình trên IDE 16
2.5 Sơ đồ chân Ardruino Nano 21
2.7 Hình ảnh chân ICSP trên board
2.11 Cảm biến hồng ngoại LM393 30
2.12 Cấu tạo của cảm biến hồng ngoại 35
2.13 Mắt thu phát tín hiệu 36
2.14 Ảnh hưởng của đối tượng tới tới việc thu nhận tín hiệu
2.15 Công thức tính điện trở của Strain gage 39
2.16 Điện trở thay đổi tỷ lệ với lực tác động.
2.17 Nguyên lý hoạt động của loadcell 42
2.18 Mô tả hoạt động của Loadcell 43
2.20 Thao tác giao tiếp hiệu chỉnh với
2.21 Cảm biến cân nặng loadcell 32
2.22 Cách thức hoạt động của Servo 33
2.24 Mạch chuyển đổi ADC Hx711 35
2.29 Phần mềm thiết kế mạch điện
2.30 Sơ đồ nguyên lý thực hiện trên AD 43
2.31 Mạch PCB thực hiện trên AD 43
2.32 Sơ đồ chân của loadcell 45
2.33 Sơ đồ chân của Servo 45
2.34 Sơ đồ chân của động cơ DC
2.35 Sơ đồ chân của cảm biến hồng ngoại 46
2.36 Sơ đồ chân của LCD 47
2.37 Sơ đồ mạch nguyên lý 47
2.39 Mạch nguyên lý sử dụng mosfet điều khiển động cơ
3.3 Mô hình băng tải phân loại khối lượng 61
Hình 2.3 Giao diện lập trình trên IDE 20
Hình 2.5 Sơ đồ chân Ardruino Nano 25
Hình 2.6 Sơ đồ chân ICSP 26
Hình 2.7 Hình ảnh chân ICSP trên board Arduino Nano 28
Hình 2.9 Giao diện Adruino IDE 30
Hình 2.11 Cảm biến hồng ngoại LM393 33
Hình 2.12 Cấu tạo của cảm biến hồng ngoại 33
Hình 2.13 Mắt thu phát tín hiệu 34
Hình 2.14 Ảnh hưởng của đối tượng tới tới việc thu nhận tín hiệu 35
Hình 2.15 Công thức tính điện trở của Strain gage 37
Hình 2.16 Điện trở thay đổi tỷ lệ với lực tác động 38
Hình 2.17 Nguyên lý hoạt động của loadcell 40
Hình 2.18 Mô tả hoạt động của Loadcell 41
Hình 2.19 Sơ đồ kết nối 41
Hình 2.20 Thao tác giao tiếp hiệu chỉnh với Serial 44
Hình 2.21 Cảm biến cân nặng loadcell 48
Hình 2.22 Cách thức hoạt động của Servo 49
Hình 2.23 Động Cơ Servo MG996 50
Hình 2.24 Mạch chuyển đổi ADC Hx711 51
Hình 2.25 Động cơ DC JGB37 52
Hình 2.26 Nguôn Buck DC LM2596 54
Hình 2.29 Phần mềm thiết kế mạch điện Altium Designer 57
Hình 2.30 Sơ đồ nguyên lý thực hiện trên AD 58
Hình 2.31 Mạch PCB thực hiện trên AD 59
Hình 2.32 Sơ đồ chân của loadcell 60
Hình 2.33 Sơ đồ chân của Servo 61
Hình 2.34 Sơ đồ chân của động cơ DC JGB37 61
Hình 2.35 Sơ đồ chân của cảm biến hồng ngoại 62
Hình 2.36 Sơ đồ chân của LCD 62
Hình 2.37 Sơ đồ mạch nguyên lý 63
Hình 2.39 Mạch nguyên lý sử dụng mosfet điều khiển động cơ 66
Hình 2.40 Lưu đồ thuật toán 67
Hình 3.3 Mô hình băng tải phân loại khối lượng 78 hình 3.4 Mô hình hoạt động thực tế 79 hình 3.5 Kết quả khảo sát servo tại bàn cân với vật 1 80 hình 3.6.Kết quả khảo sát servo tại bàn cân với vật 2 80 hình 3.7.Kết quả khảo sát servo tại bàn cân với vật 3 81 hình 3.8 Kết quả khảo sát độ chính xác của cảm biến loadcell đối với vật nặng 1 82 hình 3.9.Kết quả khảo sát độ chính xác của cảm biến loadcell đối với vật nặng 2 83 hình 3.10.Kết quả khảo sát độ chính xác của cảm biến loadcell đối với vật nặng 3 83
TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án này thực hiện ý tưởng thiết kế và chế tạo mô hình băng tải phân loại khối lượng sử dụng Arduino Bộ điều khiển thiết kế có khả năng phân loại sản phẩm một cách linh hoạt bằng các cảm biến và động cơ servo Mọi thiết bị cảm biến sẽ được bố trí trên khắp băng tải để phân loại sản phẩm theo từng khối lượng nhất định mà người dùng muốn cài đặt Mô hình thiết kế là một giải pháp hoàn thiện cho công nghiệp ngày nay với khả năng hoạt động mượt mà và giá thành thấp so với những sản phẩm khác trên thị trường.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BĂNG TẢI PHÂN LOẠI KHỐI LƯỢNG 1.1 Lý do chọn đề tài
Băng tải phân loại theo khối lượng là một thiết bị quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, đóng vai trò thiết yếu trong việc tự động hóa và tối ưu hóa quy trình phân loại sản phẩm Việc lựa chọn đề tài này cho báo cáo nhằm mục đích:
Nhu cầu về tự động hóa ngày càng cao, đặc biệt trong các ngành công nghiệp sản xuất, chế biến và kho bãi Băng tải phân loại theo khối lượng đáp ứng nhu cầu này bằng cách phân loại sản phẩm tự động dựa trên khối lượng, giúp tiết kiệm thời gian, nhân công và nâng cao hiệu quả hoạt động.
Thị trường băng tải phân loại theo khối lượng đang chứng kiến sự tăng trưởng mạnh mẽ do nhu cầu gia tăng về tự động hóa và cải thiện hiệu quả chuỗi cung ứng.
Băng tải phân loại theo khối lượng sử dụng các công nghệ tiên tiến như cảm biến lực, hệ thống điều khiển tự động và robot để phân loại sản phẩm với độ chính xác cao và tốc độ nhanh.
Công nghệ này có tiềm năng to lớn để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, không chỉ giới hạn trong ngành công nghiệp sản xuất truyền thống
Băng tải phân loại theo khối lượng giúp tăng năng suất lao động, giảm thiểu sai sót và lãng phí, đồng thời tối ưu hóa quy trình phân loại sản phẩm.Việc ứng dụng công nghệ này có thể mang lại lợi ích kinh tế to lớn cho các doanh nghiệp, giúp họ tiết kiệm chi phí và nâng cao sức cạnh tranh trên thị trường
Băng tải phân loại theo khối lượng là một lĩnh vực nghiên cứu và phát triển đầy tiềm năng với nhiều chủ đề thú vị cần được khám phá.
Việc nghiên cứu về đề tài này có thể góp phần nâng cao hiệu quả hoạt động của băng tải, mở rộng ứng dụng sang các lĩnh vực mới và thúc đẩy sự
Sau thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, thấy được những lợi ích vô cùng to lớn của Băng tải phân loại theo khối lượng, em đã quyết định lựa chọn đề tài này cho đồ án tốt nghiệp với mong muốn trau dồi thêm kiến thức, thỏa mãn niềm đam mê nghiên cứu của bản thân cũng như phục vụ cho công việc trong tương lai.
1.2 Giới thiệu về băng tải phân loại khối lượng
Băng tải khối lượng, còn được gọi là băng tải phân loại theo khối lượng, có lịch sử phát triển lâu đời, trải qua nhiều giai đoạn cải tiến để trở thành thiết bị quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp Dưới đây là tóm tắt về lịch sử ra đời của băng tải khối lượng:
1 Giai đoạn tiền sử và thời kỳ đầu:
Ghi chép đầu tiên: Những ghi chép về việc sử dụng các hệ thống vận chuyển vật liệu bằng băng tải xuất hiện từ thế kỷ 17.
Thiết kế đơn giản: Băng tải đầu tiên được làm bằng gỗ và da, sử dụng ròng rọc và tay quay để cung cấp năng lượng.
Ứng dụng hạn chế: Băng tải chủ yếu được sử dụng để vận chuyển các vật liệu rời trong các nhà máy và mỏ.
2 Cuộc Cách mạng Công nghiệp:
Sự phát triển của máy móc: Cuộc Cách mạng Công nghiệp vào thế kỷ 18 và 19 thúc đẩy sự phát triển của máy móc, dẫn đến sự cải tiến thiết kế băng tải.
Sử dụng động cơ hơi nước: Băng tải bắt đầu sử dụng động cơ hơi nước để cung cấp năng lượng, giúp tăng hiệu suất và khả năng vận chuyển.
Mở rộng ứng dụng: Băng tải được sử dụng rộng rãi hơn trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm khai thác, sản xuất và nông nghiệp.
Cải tiến vật liệu: Việc phát triển các vật liệu mới như thép và cao su giúp tăng độ bền và khả năng chịu tải của băng tải.
Sự ra đời của điện: Băng tải chuyển sang sử dụng động cơ điện, giúp tăng hiệu quả và độ tin cậy.
Tự động hóa và điều khiển: Các hệ thống tự động hóa và điều khiển được tích hợp vào băng tải, giúp nâng cao hiệu quả vận chuyển và phân loại vật liệu.
Phát triển công nghệ: Các công nghệ tiên tiến như cảm biến, PLC và robot được ứng dụng vào băng tải, giúp tăng độ chính xác và linh hoạt trong vận hành.
Băng tải khối lượng đã trở thành một thiết bị quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, đóng vai trò thiết yếu trong tự động hóa và tối ưu hóa quy trình phân loại sản phẩm Các loại băng tải khối lượng hiện đại có nhiều kiểu dáng, kích thước và chức năng khác nhau, đáp ứng nhu cầu đa dạng của các ngành công nghiệp khác nhau.
Thiết bị
2.2.1 Tổng quan về Adruino Nano
Arduino một nền tảng mã nguồn mở phần cứng và phần mềm Phần cứng Arduino (các board mạch vi xử lý) được sinh ra tại thị trấn Ivrea ở Ý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn. Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau.
Hình 2.3 Giao diện lập trình trên IDE Được giới thiệu vào năm 2005, Những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mang đến một phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu thích, sinh viên và giới chuyên nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng tương tác với môi trường thông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành Những ví dụ phổ biến cho những người yêu thích mới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và phát hiện chuyển động Đi cùng với nó là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân thông thường và cho phép người dùng viết các chương trình cho Aduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++.
Giá của các board Arduino dao động xung quanh €20, hoặc $27, nếu được
"làm giả" thì giá có thể giảm xuống thấp hơn $9 Các board Arduino có thể được đặt hàng ở dạng được lắp sẵn hoặc dưới dạng các kit tự-làm-lấy Thông tin thiết kế phần cứng được cung cấp công khai để những ai muốn tự làm một mạch Arduino bằng tay có thể tự mình thực hiện được (mã nguồn mở) Người ta ước tính khoảng giữa năm 2011 có trên 300 ngàn mạch Arduino chính thức đã được sản xuất thương mại, và vào năm 2013 có khoảng 700 ngàn mạch chính thức đã được đưa tới tay người dùng [1]
Mạch Arduino Nano CH340 có kích thước nhỏ gọn, có thiết kế và chuẩn chân giao tiếp tương đương với Arduino Nano chính hãng, tuy nhiên mạch sử dụng chip nạp chương trình và giao tiếp UART CH340 giá rẻ để tiết kiệm chi phí.
Arduino Nano là phiên bản nhỏ gọn của Arduino Uno R3 sử dụng MCUATmega328P-AU dán, vì cùng MCU nên mọi tính năng hay chương trình chạy trên Arduino Uno đều có thể sử dụng trên Arduino Nano, một ưu điểm củaArduino Nano là vì sử dụng phiên bản IC dán nên sẽ có thêm 2 chân Analog A6,A7 so với Arduino Uno.
Chức năng của các chân.
Chân Tên Pin Kiểu Chức năng
Ngõ vào/ra số Chân TX-truyền dữ liê “u
Ngõ vào/ra số Chân Rx-nhâ “n dữ liê “u
3 RESET Đầu vào Chân reset, hoạt đô “ng ở mức thấp
4 GND Nguồn Chân nối mass
17 3V3 Đầu ra Đầu ra 3.3V (từ
18 AREF Đầu vào Tham chiếu ADC
Kênh đầu vào tương tự kênh 0
20 A1 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 1
Kênh đầu vào tương tự kênh 2
Kênh đầu vào tương tự kênh 3
23 A4 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 4
24 A5 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 5
25 A6 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 6
26 A7 Đầu vào Kênh đầu vào tương tự kênh 7
27 + 5V Đầu ra + Đầu ra 5V (từ hoặc đầu vào bộ điều chỉnh On- board) hoặc + 5V (đầu vào từ nguồn điện bên ngoài)
28 RESET Đầu vào Chân đă “t lại, hoạt đô “ng ở mức thấp
29 GND Nguồn Chân nối mass
30 VIN Nguồn Chân nối với nguồn vào
Hình 2.5 Sơ đồ chân Ardruino Nano
Tên pin Arduino Nano ICSP Kiểu Chức năng
MISO Đầu vào hoặc đầu ra Master In Slave
Vcc Đầu ra Cấp nguồn
SCK Đầu ra Tạo xung cho
MOSI Đầu ra hoặc đầu vào Master Out Slave
RST Đầu vào Đặt lại, Hoạt động ở mức thấp
GND Nguồn Chân nối dất
Hình 2.6 Sơ đồ chân ICSP
Như đã đề cập trước đó, Arduino Nano có 14 ngõ vào/ra digital Các chân làm việc với điện áp tối đa là 5V Mỗi chân có thể cung cấp hoặc nhận dòng điện 40mA và có điện trở kéo lên khoảng 20-50kΩ Các chân có thể được sử dụng làm đầu vào hoặc đầu ra, sử dụng các hàm pinMode (), digitalWrite () và digitalRead ().
Ngoài các chức năng đầu vào và đầu ra số, các chân này cũng có một số chức năng bổ sung.
Hai chân nhận RX và truyền TX này được sử dụng để truyền dữ liệu nối tiếp TTL Các chân RX và TX được kết nối với các chân tương ứng của chip nối tiếp USB tới TTL.
Mỗi chân số này cung cấp tín hiệu điều chế độ rộng xung 8 bit Tín hiệu PWM có thể được tạo ra bằng cách sử dụng hàm analogWrite ().
Khi chúng ta cần cung cấp một ngắt ngoài cho bộ xử lý hoặc bộ điều khiển khác, chúng ta có thể sử dụng các chân này Các chân này có thể được sử dụng để cho phép ngắt INT0 và INT1 tương ứng bằng cách sử dụng hàm attachInterrupt () Các chân có thể được sử dụng để kích hoạt ba loại ngắt như ngắt trên giá trị thấp, tăng hoặc giảm mức ngắt và thay đổi giá trị ngắt.
Chân 13, 14, 15 và 16: Giao tiếp SPI
Khi bạn không muốn dữ liệu được truyền đi không đồng bộ, bạn có thể sử dụng các chân ngoại vi nối tiếp này Các chân này hỗ trợ giao tiếp đồng bộ với
SCK Mặc dù phần cứng có tính năng này nhưng phần mềm Arduino lại không có Vì vậy, bạn phải sử dụng thư viện SPI để sử dụng tính năng này.
Khi bạn sử dụng chân 16, đèn led trên bo mạch sẽ sáng.
Chân 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 và 26 : Ngõ vào/ra tương tự Như đã đề cập trước đó UNO có 6 chân đầu vào tương tự nhưng Arduino Nano có 8 đầu vào tương tự (19 đến 26), được đánh dấu A0 đến A7 Điều này có nghĩa là bạn có thể kết nối 8 kênh đầu vào tương tự để xử lý Mỗi chân tương tự này có một ADC có độ phân giải 1024 bit (do đó nó sẽ cho giá trị 1024). Theo mặc định, các chân được đo từ mặt đất đến 5V Nếu bạn muốn điện áp tham chiếu là 0V đến 3.3V, có thể nối với nguồn 3.3V cho chân AREF (pin thứ 18) bằng cách sử dụng chức năng analogReference () Tương tự như các chân digital trong Nano, các chân analog cũng có một số chức năng khác.
Chân 23, 24 như A4 và A5: chuẩn giao tiếp I2C
Khi giao tiếp SPI cũng có những nhược điểm của nó như cần 4 chân và giới hạn trong một thiết bị Đối với truyền thông đường dài, cần sử dụng giao thức I2C I2C hỗ trợ chỉ với hai dây Một cho xung (SCL) và một cho dữ liệu (SDA) Để sử dụng tính năng I2C này, chúng ta cần phải nhập một thư viện có tên là Thư viện Wire.
Chân 18: AREF Điện áp tham chiếu cho đầu vào dùng cho việc chuyển đổi ADC.
Chân 28 : RESET Đây là chân reset mạch khi chúng ta nhấn nút rên bo Thường được sử dụng để được kết nối với thiết bị chuyển mạch để sử dụng làm nút reset.
Hình 2.7 Hình ảnh chân ICSP trên board Arduino Nano
ICSP là viết tắt của In Circuit Serial Programming , đại diện cho một trong những phương pháp có sẵn để lập trình bảng Arduino Thông thường, một chương trình bộ nạp khởi động Arduino được sử dụng để lập trình một bảng Arduino, nhưng nếu bộ nạp khởi động bị thiếu hoặc bị hỏng, ICSP có thể được sử dụng thay thế ICSP có thể được sử dụng để khôi phục bộ nạp khởi động bị thiếu hoặc bị hỏng.
Mỗi chân ICSP thường được kết nối với một chân Arduino khác có cùng tên hoặc chức năng Ví dụ: MISO của Nano nối với MISO / D12 (Pin 15) Lưu ý, các chân MISO, MOSI và SCK được ghép lại với nhau tạo nên hầu hết giao diện SPI.
Chúng ta có thể sử dụng Arduino để lập trình Arduino khác bằng ICSP này [1]
Thiết kế theo đúng chuẩn chân, kích thước của Arduino Nano chính hãng.
IC nạp và giao tiếp UART: CH340.
Điện áp cấp: 5VDC cổng USB hoặc 6-9VDC chân Raw.
Mức điện áp giao tiếp GPIO: TTL 5VDC.
Số chân Digital: 14 chân, trong đó có 6 chân PWM.
Số chân Analog: 8 chân (hơn Arduino Uno 2 chân)
Flash Memory: 32KB (2KB Bootloader).
Tích hợp Led báo nguồn, led chân D13, LED RX, TX.
Tích hợp IC chuyển điện áp 5V LM1117.
2.2.1.2 Giao diện lập trình Adruino IDE
Thiết kế mạch điều khiển băng tải
2.3.1 Tổng quan về phần mềm Altium
Altium Designer là một phần mềm thiết kế mạch điện tử (Electronic Design Automation - EDA) tích hợp cao được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp điện tử.
Nó cung cấp một môi trường hoàn chỉnh để thiết kế, mô phỏng, và xây dựng các mạch điện tử phức tạp
Hình 2.29 Phần mềm thiết kế mạch điện Altium Designer
Altium Designer cung cấp nhiều tính năng quan trọng như:
- Thiết kế mạch: Altium Designer cho phép bạn tạo và chỉnh sửa các mạch điện tử bằng cách kéo và thả các linh kiện, kết nối chúng và xác định các thông số kỹ thuật.
Hình 2.30 Sơ đồ nguyên lý thực hiện trên AD
- Mô phỏng: Bằng cách sử dụng công cụ mô phỏng tích hợp, Altium Designer cho phép bạn mô phỏng và kiểm tra hiệu suất của mạch điện tử trước khi chúng được thực hiện vật lý.
- Tạo bản vẽ mạch in: Altium Designer cung cấp các công cụ để tạo bản vẽ mạch in (PCB) chính xác và chi tiết Bạn có thể định vị các linh kiện, định tuyến các đường mạch, và tạo các lớp in ấn cho việc sản xuất PCB.
Hình 2.31 Mạch PCB thực hiện trên AD
- Quản lý thư viện linh kiện: Phần mềm này cho phép bạn quản lý và tạo thư viện linh kiện, giúp bạn lưu trữ và sử dụng lại các linh kiện một cách hiệu quả.
- BOM (Bill of Materials): Altium Designer tự động tạo BOM từ thiết kế mạch của bạn, giúp bạn quản lý danh sách các linh kiện cần thiết để xây dựng mạch điện tử.
- Định tuyến mạch tự động: Phần mềm này cung cấp các công cụ định tuyến tự động để giúp bạn tối ưu hóa đường dẫn và kết nối của mạch điện tử. Altium Designer là một phần mềm mạnh mẽ, được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp và là lựa chọn hàng đầu cho các kỹ sư thiết kế mạch điện tử chuyên nghiệp
- 2 cảm biến hồng ngoại LM393
- 1 cảm biến cân nặng loadcell kết nối với mạch chuyển đổi hx711
- Màn hình LCD hiển thị
Arduino Nano có nhiệm vụ nhận code để điều khiển các cảm biến, động cơ servo và thu thập dữ liệu rồi hiển thị lên LCD b) Cảm biến loadcell kết hợp với hx711, Servo
Hình 2.32 Sơ đồ chân của loadcell
Hình 2.33 Sơ đồ chân của Servo
Khi ta đặt sản phẩm lên bàn cân, cảm biến cân nặng loadcell sẽ xác định khối lượng, module Hx711 sẽ khuếch đại tín hiệu và gửi dữ liệu về adruino nano.Khi khối lượng sản phẩm đã được xác định servo sẽ tiến hành gạt sản phẩm xuống băng tải thực hiện di chuyển vật c) Động cơ DC JGB37 Động cơ quay giúp điều khiển chiều di chuyển của băng tải để đưa sản phẩm chạy dọc theo băng tải
Hình 2.34 Sơ đồ chân của động cơ DC JGB37 d) Cảm biến LM393 và Servo
Sản phẩm chạy trên băng tải tới cảm biến LM393 tương ứng với khối lượng đã được xác định Cảm biến LM393 sẽ xác định vật và truyền dữ liệu tới Arduino Nano Arduino truyền dữ liệu tới LCD và điều khiển servo gạt sản phẩm xuống máng Từng máng trượt sẽ có những sản phẩm có cùng khối lượng với nhau.
Hình 2.35 Sơ đồ chân của cảm biến hồng ngoại e) LCD 16x2
LCD sẽ nhận dữ liệu từ Arduino Nano để hiển thị sản phẩm được duyệt và loại
Hình 2.36 Sơ đồ chân của LCD
2.3.3 Thiết kế mạch điều khiển
Hình 2.37 Sơ đồ mạch nguyên lý
Khối nguồn: Sử dụng một module BUCK LM2596 để hạ điện áp 12V- 5A đầu vào thành 5V để nuôi những thiết bị như cảm biến, Arduino, động cơ Servo, động cơ DC.
Khối điều khiển: Arduino Nano có nhiệm vụ nhận code để điều khiển các cảm biến, động cơ servo và thu thập dữ liệu rồi hiển thị lên LCD
Khối cảm biến: Sử dụng module cảm biến cân nặng loadcell, cảm biến hồng ngoại LM393, cảm biến vân tay
Khối động cơ: Sử dụng động cơ DC JGB37 để di chuyển băng tải
Khối hiển thị: LCD hiển thị kết quả được thu thập dữ liệu từ Arduino Nano.
2.3.4 Điều khiển tốc độ Motor DC
Sử dụng MOSFET để điều khiển motor DC.
Mosfet, viết tắt của "Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor" trong tiếng Anh, là Transistor hiệu ứng trường (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) tức một Transistor đặc biệt có cấu tạo và hoạt động khác với Transistor thông thường Mosfet có nguyên tắc hoạt động dựa trên hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện, là linh kiện có trở kháng đầu vào lớn thích hợp cho khuyếch đại các nguồn tín hiệu yếu.
Mosfet có khả năng đóng nhanh với dòng điện và điện áp khá lớn nên nó được sử dụng nhiều trong các bộ dao động tạo ra từ trường Vì do đóng cắt nhanh làm cho dòng điện biến thiên Nó thường thấy trong các bộ nguồn xung và cách mạch điều khiển điện áp cao.
Mosfet có cấu trúc bán dẫn cho phép điều khiển bằng điện áp với dòng điện điều khiển cực nhỏ.
G (Gate): cực cổng G là cực điều khiển được cách lý hoàn toàn với cấu trúc bán dẫn còn lại bởi lớp điện môi cực mỏng nhưng có độ cách điện cực lớn dioxit-silic
D (Drain): cực máng đón các hạt mang điện
Mosfet có điện trở giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D là vô cùng lớn, còn điện trở giữa cực D và cực S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch giữa cực G và cực S (UGS)
Khi điện áp UGS = 0 thì điện trở RDS rất lớn, khi điện áp UGS > 0 do hiệu ứng từ trường làm cho điện trở RDS giảm, điện áp UGS càng lớn thì điện trở RDS càng nhỏ
Code và chương trình điều khiển
#include const int rs = A0, en = A1, d4 = A2, d5 = A3, d6 = A4, d7 = A5;
LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7); int LOADCELL_DOUT_PIN = 4; int LOADCELL_SCK_PIN = 5;
69 float calibration_factor = 163085; // số hiệu chỉnh loadcell long kl; int counter1 = 0; int counter2 = 0; int counter3=0; int sensorStatus1; int sensorStatus2;
ServoPin0.write(0); //set up góc ban đầu servo 0
ServoPin1.write(0); //set up góc ban đầu servo 1
ServoPin2.write(0); //set up góc ban đầu servo 2 pinMode(IRSensor1, INPUT); pinMode(IRSensor2, INPUT);
// tốc độ động cơ bằng xung pwm analogWrite(MotorPin, 160); scale.begin(LOADCELL_DOUT_PIN, LOADCELL_SCK_PIN);
//hiệu chỉnh cân scale.set_scale(); scale.tare(); long zero_factor = scale.read_average(); //đọc giá trị trung bình
Serial.println("Serial Working"); lcd.print("IR sensor demo"); lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Typ1:"); lcd.print(counter1); lcd.setCursor(9,0); lcd.print("Typ2:"); lcd.print(counter2); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("Typ3:"); lcd.print(counter3);
//Hiển thị cân scale.set_scale(calibration_factor); //điều chỉnh hiệu chỉnh
Serial.print(scale.get_units() * 100, 1);
Serial.println(); kl = 1000 * scale.get_units(20); // đọc khối lượng
Serial.println(); int sensorStatus1 = digitalRead(IRSensor1); int sensorStatus2 = digitalRead(IRSensor2); delay(500);
//nếu khối lượng > 5g if (kl > 5) { delay(300);
Serial.print("Sau khi can :");
Serial.print("Sau khi can2 :");
//nếu khối lượng > 5g và < 20g if (kl > 5 && kl < 25) { while (digitalRead(IRSensor1) ==1)
{Serial.println(kl);}} if (digitalRead(IRSensor1) ==0&&(kl > 5 && kl < 25)) { delay(300);
ServoPin1.write(0); counter1++; lcd.setCursor(5, 0);
//nếu khối lượng > 20 và < 30 if (kl > 25 && kl < 60) { while (digitalRead(IRSensor2) ==1)
{Serial.println(kl);}} if (digitalRead(IRSensor2) ==0&&(kl > 25 && kl < 60)) { delay(100);
ServoPin2.write(0); counter2++; lcd.setCursor(14, 0); lcd.print(counter2);
Serial.print(kl); counter3++; lcd.setCursor(5, 1); lcd.print(counter3);
Serial.println(counter3); kl = 0; delay(1000);
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
Kết quả thiết kế mạch điều khiển và mô hình
Qúa trình vẽ mạch được thực hiện toàn bộ trên Altium Bước đầu là xác định các linh kiện cần sử dụng Bước tiếp theo là thực hiện đấu nối trên sơ đồ nguyên lý đảm bảo đúng nguyên lý hoạt động của linh kiện Sau đó thực hiện sắp xếp linh kiện trên bản PCB sao cho diện tích mạch là nhỏ nhất có thể.
Mạch được thi công bằng phương pháp ăn mòn Sử dụng hỗn hợp bọt ăn mòn kết hợp với nước ở nhiệt độ cao tạo ra phản ứng hóa học đẩy sắt ra khỏi dung dịch FeCl2 Để có thể thực hiện ăn mòn bước đấu là sử dụng giấy in ảnh in phần mạch đã được thiết kế sau đó sử dụng bàn là nhiệt độ cao là để giúp mực trên giấy in dính vào phíp đồng qua đó khi ta thực hiện ăn mòn hỗn hợp dung dịch sẽ ăn mòn những phần không được mực bao phủ đưa ra được thành quả cuối cùng.
Hình 3.43 Mô hình băng tải phân loại khối lượng
Toàn bộ hệ thống được lắp ráp và kết nối thành 1 mô hình hoàn chỉnh
Kết quả thực nghiệm
3.2.1 Khảo sát độ nhạy của bàn cân và phản ứng của Servo tại bàn cân
78 hình 3.44 Mô hình hoạt động thực tế
Khi đặt vật nặng lên bàn cân, ESP8266 sẽ thực hiện cân vật nặng, mỗi lần cách nhau 1s Sau khi thực hiện cân, servo ở vị trí bàn cân sẽ thực hiện gạt vật nặng vào băng tải đang chạy để vật nặng đi tới vị trí phân loại. Ở đây em thực hiện khảo sát liên tục 10 lần trên mỗi vật nặng, giá trị trả về sẽ là 1 và 0 tương ứng với gạt vật vào băng tải và không gạt vật vào băng tải khi có vật trên bàn cân.
Lần 10 1 hình 45 Kết quả khảo sát servo tại bàn cân với vật 1
Lần 10 1 hình 46.Kết quả khảo sát servo tại bàn cân với vật 2
Lần 10 1 hình 47.Kết quả khảo sát servo tại bàn cân với vật 3
Như kết quả đã khảo sát, ta thấy được cảm biến Loadcell phản ứng rất nhạy bén đối với trọng lượng với tỷ lệ 100% sau 30 lần khảo sát với các vật nặng khác nhau đều cho ra kết quả servo tại bàn cân đều có thể gạt chính xác vật nặng vào băng tải khi có vật nặng trên bàn cân.
3.2.2 Khảo sát tính chính xác của cảm biến Loadcell Ở đây em thực hiện khảo sát liên tục 10 lần trên mỗi vật nặng được đạt lên cân và tính toán sai số của phép đo.
Lần thử Kết quả Sai số
Lần 10 hình 48 Kết quả khảo sát độ chính xác của cảm biến loadcell đối với vật nặng 1
Lần thử Kết quả Sai số
82 hình 49.Kết quả khảo sát độ chính xác của cảm biến loadcell đối với vật nặng 2
Lần thử Kết quả Sai số
Lần 10 hình 50.Kết quả khảo sát độ chính xác của cảm biến loadcell đối với vật nặng 3
Như kết quả đã khảo sát, ta thấy được cảm biến Loadcell đọc và trả về các giá trị chính xác trong phạm vi đo lường của cảm biến Tuy nhiên, vẫn xảy ra nhưng tình huống cảm biến Loadcell trả về giá trị sai lệch, tất cả đều là trọng lượng của vật bị sai lệch theo chiều hướng nhẹ đi Nguyên nhân chính ở đây gây ra tình trạng này là do không đủ thời gian để cảm biến loadcell đọc và phản hồi.
Em đã đưa ra biện pháp khắc phục cho tình trạng này đó là thêm hàm delay vào mã lệnh để tăng thời gian cho người dùng đưa vật vào bàn cân và đặt vật ngay sau khi servo tại bàn cân thực hiện gạt để tối đã thời gian cân vật giúp kết quả trở nên chính xác hơn.