Báo cáo Đề tài thiết kế thiết bị Điện tử

Một hệ thống giám sát hàng hóa hiệu quả sẽ không chỉ giúp tự động thu thập dữ liệu về các yếu tố chất lượng của hàng hóa mà còn có thể tự động loại bỏ những sản phẩm khôngđạt yêu cầu một

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ

Giảng viên hướng dẫn: Thầy Võ Quang Sơn Sinh viên thực hiện: Đinh Quang Trường_ 211403014

Lớp: ĐTVT 1 – K62

I Đặt vấn đề

Trong thời đại công nghệ hiện đại, ngành sản xuất và vận chuyển hàng hóa đã đối mặt với một loạt các thách thức Trong số đó, việc quản lý và giám sát chất lượng của hàng hóa trên các dây chuyền sản xuất đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự chính xác và hiệu quả của quy trình sản xuất Hôm nay, tôi muốn đặt ra vấn đề về cách mà hệ thống giám sát hàng hóa trên băng chuyển điện tử có thể đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết những thách thức này

Một trong những thách thức lớn nhất mà các nhà sản xuất đối mặt là làm thế nào để đảm bảo chất lượng của hàng hóa trong suốt quá trình sản xuất và vận chuyển Sự không chínhxác trong việc đo lường trọng lượng, màu sắc, kích thước và các yếu tố khác có thể dẫn đến sản phẩm không đạt yêu cầu hoặc thậm chí là phản hồi tiêu cực từ phía khách hàng.Hơn nữa, quy trình kiểm tra và loại bỏ hàng hóa không đạt yêu cầu thường yêu cầu sự can thiệp của con người, điều này có thể tốn kém và không hiệu quả Đây là lúc mà hệ thống giám sát hàng hóa trên băng chuyển điện tử có thể vào cuộc

Một hệ thống giám sát hàng hóa hiệu quả sẽ không chỉ giúp tự động thu thập dữ liệu về các yếu tố chất lượng của hàng hóa mà còn có thể tự động loại bỏ những sản phẩm khôngđạt yêu cầu một cách nhanh chóng và chính xác Điều này không chỉ giúp tăng cường hiệu suất sản xuất mà còn giảm thiểu sự lãng phí và tăng cường uy tín của thương hiệu trước mắt khách hàng

Vậy làm thế nào chúng ta có thể triển khai một hệ thống giám sát hàng hóa trên băng chuyển điện tử một cách hiệu quả? Đây là câu hỏi mà chúng ta cùng nhau sẽ thảo luận trong buổi hội thảo ngày hôm nay Qua đó, chúng ta hy vọng sẽ tìm ra các giải pháp và chiến lược phù hợp để nâng cao chất lượng và hiệu suất của quy trình sản xuất

1 Nhiệm vụ của hệ thống

- Thu thập dữ liệu chất lượng:

 Cân nặng: Cảm biến trọng lượng được đặt trên băng chuyển để đo lường trọng lượng của mỗi sản phẩm khi nó di chuyển qua.

 Màu sắc và kích thước: Máy ảnh hoặc cảm biến màu sắc được sử dụng để nhận diện màu sắc và cảm biến khoảng cách để đo kích thước của các sản phẩm

 Thông tin khác: Các cảm biến khác có thể được sử dụng để thu thập thông tin khácnhư nhiệt độ hoặc độ ẩm của sản phẩm

- Điều khiển thiết bị chấp hành:

 Dựa trên kết quả phân tích dữ liệu, hệ thống có thể tự động kích hoạt các thiết bị chấp hành để xử lý sản phẩm không đạt yêu cầu

 Ví dụ, nếu một sản phẩm được xác định là không đúng màu sắc, hệ thống có thể kích hoạt actuator để loại bỏ sản phẩm ra khỏi dây chuyền

- Truyền dữ liệu về trung tâm giám sát:

 Dữ liệu về chất lượng hàng hóa và hiệu suất của quy trình sản xuất được truyền về trung tâm giám sát

 Thông qua giao thức truyền thông không dây, dữ liệu có thể được truyền một cách nhanh chóng và an toàn

- Cảnh báo và báo cáo:

 Hệ thống có khả năng cung cấp cảnh báo và báo cáo tự động khi phát hiện các vấnđề

 Cảnh báo có thể được gửi đến người quản lý hoặc nhân viên kỹ thuật để có thể canthiệp kịp thời

Với các nhiệm vụ này, hệ thống giám sát hàng hóa trên băng chuyển điện tử không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn giúp tăng cường chất lượng và độ tin cậy của sản phẩm cuối cùng

2 Đề xuất xây dựng hệ thống

- Cảm biến hàng hóa:

• Cảm biến trọng lượng: Sử dụng load cell để đo trọng lượng của các sản phẩm khi

chúng di chuyển qua băng chuyển Dữ liệu trọng lượng được chuyển đến module thu thập dữ liệu

• Cảm biến màu sắc và cảm biến khoảng cách: Cảm biến màu sắc có thể sử dụng

hệ thống máy ảnh hoặc cảm biến màu sắc để nhận diện màu sắc của sản phẩm Cảm biến khoảng cách sử dụng để đo kích thước của sản phẩm Dữ liệu từ các cảm biến này cũng được chuyển đến module thu thập dữ liệu

- Thiết bị chấp hành tự động:

• Actuator hoặc hệ thống van điều khiển: Khi một sản phẩm không đạt yêu cầu

được phát hiện, hệ thống sẽ tự động kích hoạt actuator hoặc hệ thống van điều khiển để loại bỏ sản phẩm ra khỏi dây chuyền hoặc điều chỉnh hướng di chuyển của nó

- Module thu thập và xử lý dữ liệu:

• Module thu thập dữ liệu: Thu thập dữ liệu từ các cảm biến và thiết bị chấp hành

tự động Dữ liệu được gửi đến module xử lý dữ liệu để phân tích và chuẩn bị trướckhi truyền về trung tâm giám sát

• Module xử lý dữ liệu: Xử lý dữ liệu thu thập được để phát hiện sản phẩm không

đạt yêu cầu và xác định các hành động cần thực hiện Dữ liệu được chuẩn bị để truyền về trung tâm giám sát qua sóng vô tuyến

- Mạng không dây:

• Sóng vô tuyến (Wi-Fi, Bluetooth, LoRa): Dữ liệu được truyền về trung tâm giám

sát thông qua sóng vô tuyến, giúp giảm thiểu việc sử dụng dây cáp và tăng tính linh động của hệ thống

- Trung tâm giám sát:

• Phần mềm giám sát: Nhận dữ liệu từ các băng chuyển và hiển thị thông tin về

trạng thái của hàng hóa trên giao diện người dùng Nó có khả năng cảnh báo ngườiquản lý khi phát hiện sản phẩm không đạt yêu cầu

- Giao diện người dùng:

• Giao diện đồ họa người dùng (GUI): Cho phép người quản lý theo dõi và kiểm

soát quy trình sản xuất Nó cung cấp thông tin chi tiết về chất lượng của hàng hóa, cảnh báo tự động và khả năng tương tác để thực hiện các hành động cần thiết

- Hệ thống quản lý và kiểm soát:

• Hệ thống quản lý sản xuất (MES): Quản lý quy trình sản xuất tổng thể và điều

khiển các thiết bị chấp hành tự động Nó thu thập dữ liệu từ các cảm biến và điều khiển hệ thống để đảm bảo quy trình sản xuất được thực hiện một cách hiệu quả

và chính xác

- Dịch vụ hỗ trợ và bảo trì:

• Hỗ trợ kỹ thuật: Cung cấp dịch vụ hỗ trợ và bảo trì để đảm bảo rằng hệ thống

luôn hoạt động ổn định và có thể sửa chữa nhanh chóng khi cần

Hệ thống này là một hệ thống tự động hoạt động liên tục để đảm bảo rằng chất lượng của hàng hóa trên dây chuyền sản xuất luôn được duy trì và cải thiện



II Nội dung

1 Công nghệ, giải pháp của Hãng

Tên giải pháp: SCADATrack: Hệ thống Giám sát, Điều khiển và Thu thập Dữ liệu

cho Quy trình Sản xuất và Vận chuyển Hàng hóa

Thiết bị và linh kiện cần sử dụng bao gồm:

Arduino Board:

• Arduino Uno hoặc Arduino Mega có thể được sử dụng làm bộ xử lý chính

• Arduino được sử dụng để điều khiển và giao tiếp với các cảm biến và thiết bị kháctrong hệ thống.

• Cảm biến khoảng cách (ví dụ: HC-SR04): Sử dụng để đo kích thước của hàng hóa.Cảm biến gửi và nhận sóng siêu âm để đo khoảng cách và sau đó truyền dữ liệu vềcho Arduino

Module Truyền Thông Không Dây:

• WiFi Module (ví dụ: ESP8266 hoặc ESP32): Được sử dụng để kết nối với mạng WiFi và truyền dữ liệu về trung tâm giám sát

• Bluetooth Module (ví dụ: HC-05): Nếu không có mạng WiFi hoặc nếu yêu cầu làm việc trong phạm vi ngắn, bạn có thể sử dụng Bluetooth để truyền dữ liệu

Thiết Bị Chấp Hành:

• Relay Module: Sử dụng để kích hoạt hoặc ngắt mạch của các thiết bị chấp hành như máy bơm, máy nén khí, hoặc đèn LED

Module Giao Tiếp:

• Module RS485 hoặc I2C: Sử dụng để kết nối với các thiết bị ngoại vi khác như màn hình hiển thị hoặc cảm biến phức tạp hơn

Nguồn Cung Cấp Điện:

• Đảm bảo cung cấp nguồn điện ổn định cho tất cả các thiết bị trong hệ thống, có thể sử dụng nguồn cung cấp AC hoặc DC tùy thuộc vào yêu cầu

Phần Mềm:

• Phát triển phần mềm trên Arduino để thu thập dữ liệu từ cảm biến, điều khiển thiết bị chấp hành và truyền dữ liệu về trung tâm giám sát thông qua module truyền thông không dây.

2 Thông số, tác dụng của linh kiện và thiết bị trong hệ thống1.Arduino Board ( UNO R3)

• Cổng Digital I/O: 14 (trong đó 6 có thể được sử dụng như PWM outputs)

Nguồn Cung Cấp (Power):

• Nguồn hoạt động: 5V qua cổng USB hoặc từ nguồn cung cấp DC (7-12V).

• Dòng điện tối đa từ mỗi chân Digital I/O: 40 mA

• Dòng điện tối đa từ cổng 3.3V: 50 mA

Kích Thước:

Kích thước: 68.6 mm x 53.4 mm

2 Cảm biến

a Cảm biến trọng lượng (Load Cell):

Tác dụng : Cảm biến trọng lượng được sử dụng để đo lường trọng lượng, kiểm soát tự động, quản lý chất lượng, giám sát cân bằng tải trọng, theo dõi quy trình và hiệu suất, cũng như phát hiện cắt lỏng trong các ứng dụng côngnghiệp

b Cảm biến màu sắc ( TCS3200)

- Thông số kỹ thuật:

• Dải bước sóng đo: 400nm đến 700nm

• Số kênh màu: 3 (đỏ, xanh lá cây, xanh lam)

• Độ phân giải màu sắc: 8 bit cho mỗi kênh màu

• Góc nhìn: Khoảng 30 đến 40 độ

• Điện áp cung cấp: 3.3V hoặc 5V

• Giao tiếp: I2C hoặc SPI

• Kích thước: Thông số cụ thể không được cung cấp

• Nhiệt độ hoạt động: Thông số cụ thể không được cung cấp

• Chức năng nâng cao: Tích hợp bộ lọc màu, đèn LED trắng cho chiếu sáng, và có thể có chế độ giảm nhiễu

c Cảm biến khoảng cách ( HC-SR04)

• Góc đo được bao phủ: <15 °

• Dòng điện hoạt động: <15mA

• Tần số hoạt động: 40Hz

• Tác dụng được sử dụng để xác định khoảng cách của đối tượng mục tiêu

3 Module truyền không dây

a Wifi module : ESP8266

• Giao tiếp UART (Serial).

• Giao tiếp SPI

• Giao tiếp I2C

Nguồn Cung Cấp (Power):

• Hỗ trợ giao tiếp WiFi 802.11 b/g/n.

• Hỗ trợ chế độ AP (Access Point) và chế độ Station (kết nối với mạng WiFi đã tồn tại)

• Hỗ trợ lập trình và điều khiển thông qua các kịch bản Arduino hoặc mã nguồn mở của ESP8266

4 Thiết bị chấp hành

a Relay module 12V

• Điện áp hoạt động: 12V DC

• Dòng điện tối đa: Thường từ 10A đến 30A

• Số lượng relay: Một hoặc nhiều relay trên cùng một bo mạch

• Giao tiếp: Kết nối với vi điều khiển (như Arduino) thông qua chân kỹ thuật số hoặc analog

• Ứng dụng: Điều khiển các thiết bị điện như đèn, quạt, máy bơm trong các dự án điện tử và tự động hóa

5 Module giao tiếp

Module RS485

• Giao tiếp: RS485

• Tốc độ truyền (baud rate): Đa dạng từ 300bps đến 115200bps

• Điện áp hoạt động: Thường là 5V DC hoặc 3.3V DC

• Dòng làm việc: Thông thường là dưới 20mA

• Đầu nối: Thường là đầu nối cắm chân hoặc các loại kết nối thông dụng như đầu nối D-Sub (DB9) hoặc RJ45

• Chức năng bảo vệ: Bảo vệ quá dòng và quá điện áp

• Kích thước: Đa dạng, thường nhỏ gọn để dễ dàng tích hợp vào các dự án

• Các chức năng khác: Có thể hỗ trợ điều khiển tắt/bật trạng thái giao tiếp hoặc cungcấp các tính năng bổ sung như kiểm soát nhiệt độ, quản lý nguồn điện, vv

i

• Báo giá:

• Linh kiện:Cảm biến trọng lượng (Load Cell): $8.7

• Arduino Board ( UNO R3): $15

• Cảm biến màu sắc ( TCS3200): $5

• Cảm biến khoảng cách ( HC-SR04):$3

• Wifi module : ESP8266 : $5

• Relay module 12V: $5

• Module RS485: $ 10

1 Tổng cộng: $51.7

4 Sơ đồ khối tổng quan cho hệ thống

Giải thích:

• Hệ thống Giám sát: Đây là phần chứa toàn bộ các thành phần của hệ thống giám

sát hàng hóa trên băng chuyển điện tử

• Arduino Board: Là trung tâm của hệ thống, điều khiển và xử lý dữ liệu từ các

cảm biến và actuator

• Load Cell, TCS3200 và HC-SR04: Đây là các cảm biến, mỗi cái có một chức

năng riêng để thu thập thông tin về trọng lượng, màu sắc và kích thước hoặc khoảng cách của sản phẩm

• Relay Module 12V: Module này được sử dụng để điều khiển các thiết bị thực thi

như van hoặc cửa, giúp loại bỏ sản phẩm không đạt yêu cầu hoặc điều chỉnh hướng di chuyển của chúng

• Wifi Module (ESP8266): Được sử dụng để truyền dữ liệu về trung tâm giám sát

qua sóng vô tuyến, giúp quản lý và giám sát toàn bộ quá trình sản xuất

• Trung tâm giám sát: Đại diện cho phần mềm hoặc hệ thống tập trung để giám sát

và quản lý dữ liệu từ hệ thống giám sát hàng hóa

Sơ đồ giải thuật tổng quan cho hệ thống

Giải thích:

• Bắt đầu: Quá trình bắt đầu khi hệ thống được kích hoạt hoặc khởi động.

• Đo dữ liệu từ các cảm biến: Các cảm biến như Load Cell (đo trọng lượng),

TCS3200 (đo màu sắc), và HC-SR04 (đo khoảng cách) thu thập dữ liệu về sản phẩm trên băng chuyển

• Xử lý dữ liệu: Dữ liệu từ các cảm biến được chuyển đến Arduino Board để tiến

hành xử lý Arduino Board có thể thực hiện các phép tính, so sánh dữ liệu với ngưỡng đã được đặt trước và đưa ra quyết định về việc điều khiển sản phẩm

• Quyết định điều khiển: Dựa trên kết quả của việc xử lý dữ liệu, hệ thống quyết

định liệu sản phẩm đó có đạt yêu cầu không Nếu không, hệ thống sẽ thực hiện cáchành động như điều khiển van hoặc cửa để loại bỏ sản phẩm không đạt yêu cầu hoặc điều chỉnh hướng di chuyển của chúng

• Truyền dữ liệu: Thông tin về dữ liệu đo và quyết định điều khiển được truyền đi,

có thể thông qua Wifi Module (ESP8266), để gửi về trung tâm giám sát hoặc các

hệ thống khác để theo dõi và kiểm soát quá trình sản xuất

• Kết thúc: Quá trình giám sát và điều khiển sản phẩm kết thúc khi không còn sản

phẩm nào trên băng chuyển hoặc khi hệ thống được ngừng hoạt động

BÁO GIÁ LINH KIỆN, THIẾT BỊ CỦA MẠCH

NGUYÊN LÝ VÀ SƠ ĐỒ MẠCH IN

1 Cảm biến loadcell

Thông số kỹ thuật:

 Dải đo: 0-1kg

 Độ chính xác: ±0.1%

 Điện áp hoạt động: 5V DC

 Đầu ra: Analog (0-5V)

 Loại kết nối: 3 dây

 Chất liệu: Nhôm hoặc thép không gỉ

 Kích thước: Tiêu chuẩn hoặc tùy chỉnh

 Chip WiFi: ESP8266

 Chip USB-UART: CP2102

 Điện áp hoạt động: 3.3V

 Giao tiếp: UART

 Tốc độ truyền: Tối đa 115200 bps

 Antenna: Built-in PCB antenna

 Hỗ trợ môi trường phát triển: Arduino IDE, Lua, AT Command Firmware

 Hỗ trợ chế độ hoạt động: Station, SoftAP, Station+SoftAP

 Điện áp logic: 3.3V (có thể chịu được 5V tạm thời)

 Kích thước: Tiêu chuẩn hoặc tùy chỉnh

 Hỗ trợ giao thức: TCP/IP, UDP, HTTP, MQTT, mDNS

 Hỗ trợ cấu hình và quản lý qua giao diện web hoặc ứng dụng điện thoại.Giá: 79.000VNĐ

3 Module AD 24 bit HX711

THÔNG TIN SẢN PHẨM:

 Độ phân giải: 24 bit

 Điện áp hoạt động: 2.6V - 5.5V

 Dải đo tải trọng: Có thể tùy chỉnh, phụ thuộc vào cảm biến Load Cell được sử dụng

 Tốc độ đọc dữ liệu: Tối đa 80 lần mỗi giây

 Giao tiếp: Digital (SPI)

 Các chức năng bổ sung: Lọc nhiễu, tự động điều chỉnh độ chính xác

 Chế độ tiết kiệm năng lượng: Có

 Cổng giao tiếp: Dout và Sck

 Kích thước: Tiêu chuẩn hoặc tùy chỉnh

 Sử dụng: Thích hợp cho ứng dụng cân trọng lượng, cân kỹ thuật, cân điện tử, v.v

Giá: 63.000 VNĐ

4 Mạch in PCB

Kích thước: 70x55mm

Giá: 65.000 VNĐ

5 Dây Bus 20Cm và dây Micro USB dài 30cm và jack nối nguồn DC5.5x 2,5MM đầu cái

Giá: 8000 Đ+ 10.500 Đ+ 3000 Đ= 21.500 Đ

Giá: 35.000 Đ

Tổng giá trị:383.000 Đ