Mô tả nhiệm vụ công nghệ Hệ thống có khả năng: - phân loại được sản phẩm dựa theo chiều cao - Độ chính xác cao và thời gian đáp ứng nhanh - Đo được hầu hết các vật cản trong vùng cảm biế
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
Giới thiệu chung
1.2 Các yêu cầu cơ bản
1.3 Phương pháp, phạm vi và giới hạn nghiên cứu
Chương 2 Thiết kế hệ thống đo lường điều khiển
2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
2.2 Phân tích và lựa chọn cảm biến
2.3 Phân tích và lựa chọn bộ điều khiển
2.4 Thiết kế mạch đo và xử lý tín hiệu
2.5 Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống (Nếu có)
Chương 3: Chế tạo và thử nghiệm hệ thống
3.1 Chế tạo các bộ phận cơ khí
3.2 Chế tạo các bộ phận điện - điện tử
3.3 Xây dựng chương trình điều khiển
3.4 Thử nghiệm và đánh giá hệ thống
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 7
1.2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 8
CHƯƠNG 2 CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG 10
2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 10
2.2 Phân tích và lựa chọn cảm biến 10
2.2.1 Tìm hiểu về các cảm biến khoảng cách 10
2.2.2 Cảm biến siêu âm HC-SR04 12
2.2.3 Tìm hiểu về các loại cảm biến hồng ngoại 18
2.3 Phân tích và lựa chọn bộ điều khiển 20
2.3.1 Lựa chọn bộ điều khiển 20
2.3.2 Thông số của vi điều khiển Arduino UNO R3 21
2.3.3 Lựa chọn các thiết bị khác 26
2.4 Thiết kế mạch đo và xử lý tín hiệu 30
CHƯƠNG 3 :CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG 33
3.1 Chế tạo các bộ phận cơ khí 33
3.2 Chế tạo các bộ phận điện - điện tử 35
3.3 Xây dựng chương trình điều khiển 36
3.4 Thử nghiệm và đánh giá hệ thống 41
Hình 1-1: Dây chuyền phân loại sản phẩm 8
Hình 2-1: Sơ đồ khối hệ thống 11
Hình 2-3: Nguyên lí hoạt động của cảm biến 16
Hình 2-4: Cảm biến hồng ngoại 20
Hình 2-8: Sơ đồ nối chân 30
Hình 2-9: Lưu đồ thuật toán 31
Hình 3-1: Hình ảnh cơ khí sản phẩm 33
Hình 3-2: Hình ảnh cơ khí sản phẩm 34
Hình 3-3: Hình ảnh cơ khí sản phẩm 34
Hình 3-4: Chế tạo mạch điện- điện tử 35
Hình 3-5: Hệ thống khi chưa chạy 41
Hình 3-6: Hệ thống khi khởi động 42
Hình 3-7: Hệ thống phân loại sản phẩm không đạt 43
Hình 3-8: Hệ thống phân loại sản phẩm đạt 44
Bảng 2-1: Các loại cảm biến phổ biến 14Bảng 2-2: Bảng thông số bo mạch 22
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
Khoa học kỹ thuật đang phát triển mạnh mẽ, đặc biệt trong ngành sản xuất, với việc cải tiến hệ thống sản xuất là ưu tiên hàng đầu Hệ thống phân loại sản phẩm tự động giúp tăng cường tính linh hoạt, tiết kiệm thời gian và nhân lực, đồng thời nâng cao sản lượng và hiệu quả kinh tế Mặc dù có nhiều phương pháp phân loại sản phẩm, nhưng ứng dụng phương pháp dựa trên màu sắc vẫn chưa phổ biến và hiệu quả Vì vậy, đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao” mang tính nghiên cứu và ứng dụng cao, phù hợp với sự phát triển của các ngành sản xuất hiện nay.
Hình : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG-1: Dây chuyền phân loại sản phẩm
Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu
Mục đích của hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao là giúp phân loại sản phẩm dựa theo chiều cao
Nhiệm vụ của hệ thống là:
Chọn lọc được những sản phẩm đạt tiêu chuẩn dựa theo yêu cầu.
Loại bỏ những sản phẩm không đạt yêu cầu.
Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao là một ứng dụng hữu ích để chọn lọc sản phẩm đạt tiêu chuẩn dễ dàng hơn.
Phương pháp thực hiện
Đề tài này sử dụng cảm biến khoảng cách để đo khoảng cách giữa xe ô tô và vật cản, nhằm hiển thị các mức độ nguy hiểm khác nhau.
Có nhiều loại cảm biến đo khoảng cách như cảm biến siêu âm, cảm biến laze, cảm biến hồng ngoại, …
Nhóm sẽ sử dụng cảm biến siêu âm để đo khoảng cách và hiển thị kết quả trên màn hình LCD Chương trình cũng sẽ cảnh báo người dùng bằng đèn LED và còi tùy thuộc vào khoảng cách đo được Màn hình LCD sẽ hiển thị thông tin rõ ràng và dễ hiểu.
Khi khoảng cách giữa cảm biến và vật cản giảm xuống dưới 10cm, đèn LED sẽ sáng Nếu khoảng cách tiếp tục giảm xuống 5cm, màn hình LCD sẽ hiển thị chữ "VERY CLOSE" kèm theo còi cảnh báo Đặc biệt, khi khoảng cách còn 3cm hoặc thấp hơn, màn hình LCD sẽ hiện chữ "DANGER" và hệ thống sẽ kích hoạt phanh tự động, được báo hiệu bằng một đèn LED.
Có 2 chế độ phanh, phanh ở chế độ tự động (auto) và phanh ở chế độ tự điều khiển (manual)
Ý nghĩa của đề tài
Cảm biến đo khoảng cách là một công nghệ hữu ích trong việc đo lường và phản ứng dựa trên kết quả thu được Bài viết này cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách thức hoạt động và ứng dụng của cảm biến, đồng thời hướng dẫn lập trình và sử dụng bộ điều khiển Hy vọng rằng qua nội dung này, bạn sẽ hiểu rõ hơn về chức năng thực tiễn của cảm biến đo khoảng cách và cách áp dụng nó trong các tình huống cụ thể.
XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG
CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG
Thử nghiệm và đánh giá hệ thống
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 7
1.2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 8
CHƯƠNG 2 CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG 10
2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 10
2.2 Phân tích và lựa chọn cảm biến 10
2.2.1 Tìm hiểu về các cảm biến khoảng cách 10
2.2.2 Cảm biến siêu âm HC-SR04 12
2.2.3 Tìm hiểu về các loại cảm biến hồng ngoại 18
2.3 Phân tích và lựa chọn bộ điều khiển 20
2.3.1 Lựa chọn bộ điều khiển 20
2.3.2 Thông số của vi điều khiển Arduino UNO R3 21
2.3.3 Lựa chọn các thiết bị khác 26
2.4 Thiết kế mạch đo và xử lý tín hiệu 30
CHƯƠNG 3 :CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG 33
3.1 Chế tạo các bộ phận cơ khí 33
3.2 Chế tạo các bộ phận điện - điện tử 35
3.3 Xây dựng chương trình điều khiển 36
3.4 Thử nghiệm và đánh giá hệ thống 41
Hình 1-1: Dây chuyền phân loại sản phẩm 8
Hình 2-1: Sơ đồ khối hệ thống 11
Hình 2-3: Nguyên lí hoạt động của cảm biến 16
Hình 2-4: Cảm biến hồng ngoại 20
Hình 2-8: Sơ đồ nối chân 30
Hình 2-9: Lưu đồ thuật toán 31
Hình 3-1: Hình ảnh cơ khí sản phẩm 33
Hình 3-2: Hình ảnh cơ khí sản phẩm 34
Hình 3-3: Hình ảnh cơ khí sản phẩm 34
Hình 3-4: Chế tạo mạch điện- điện tử 35
Hình 3-5: Hệ thống khi chưa chạy 41
Hình 3-6: Hệ thống khi khởi động 42
Hình 3-7: Hệ thống phân loại sản phẩm không đạt 43
Hình 3-8: Hệ thống phân loại sản phẩm đạt 44
Bảng 2-1: Các loại cảm biến phổ biến 14Bảng 2-2: Bảng thông số bo mạch 22
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
Khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển, đặc biệt trong ngành sản xuất, với việc cải tiến hệ thống sản xuất là ưu tiên hàng đầu Hệ thống phân loại sản phẩm tự động giúp tăng tính linh hoạt, tiết kiệm thời gian và nhân lực, đồng thời nâng cao sản lượng và hiệu quả kinh tế Mặc dù có nhiều phương pháp phân loại, nhưng phương pháp dựa trên màu sắc vẫn chưa được áp dụng rộng rãi và hiệu quả Do đó, đề tài “Thiết kế và thi công hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao” mang tính nghiên cứu và ứng dụng cao, phù hợp với xu hướng phát triển của các ngành sản xuất.
Hình : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG-1: Dây chuyền phân loại sản phẩm
1.2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu
Mục đích của hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao là giúp phân loại sản phẩm dựa theo chiều cao
Nhiệm vụ của hệ thống là:
Chọn lọc được những sản phẩm đạt tiêu chuẩn dựa theo yêu cầu.
Loại bỏ những sản phẩm không đạt yêu cầu.
Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao là một ứng dụng hữu ích để chọn lọc sản phẩm đạt tiêu chuẩn dễ dàng hơn.
1.3 Phương pháp thực hiện Đề tài này sử dụng cảm biến khoảng cách để đo khoảng cánh giữa xe ô tô và vật cản, sau đó hiển thị những mức độ nguy hiểm khác nhau
Có nhiều loại cảm biến đo khoảng cách như cảm biến siêu âm, cảm biến laze, cảm biến hồng ngoại, …
Nhóm sẽ sử dụng cảm biến siêu âm để đo khoảng cách và hiển thị kết quả trên màn hình LCD Chương trình cũng sẽ cung cấp cảnh báo bằng đèn LED và còi tùy thuộc vào khoảng cách đo được Màn hình LCD sẽ hiển thị thông tin rõ ràng và dễ hiểu.
Khi khoảng cách giữa cảm biến và vật cản giảm xuống dưới 10cm, đèn LED sẽ sáng Nếu khoảng cách đạt 5cm hoặc thấp hơn, màn hình LCD sẽ hiển thị chữ “VERY CLOSE” kèm theo còi cảnh báo Khi khoảng cách xuống 3cm hoặc thấp hơn, màn hình LCD sẽ hiện chữ “DANGER” và hệ thống sẽ kích hoạt phanh tự động, được biểu thị bằng một đèn LED.
Có 2 chế độ phanh, phanh ở chế độ tự động (auto) và phanh ở chế độ tự điều khiển (manual)
1.4 Ý nghĩa của đề tài Đây là một ứng dụng thực tế của cảm biến đo khoảng cách trong việc đo khoảng cách và phản ứng theo kết quả đo được Đề tài này giúp bạn hiểu rõ hơn về cách hoạt động và ứng dụng của cảm biến đo khoảng cách, cũng như cách lập trình và sử dụng bộ điều khiển Hi vọng qua đề tài này, các bạn có thể hiểu được cách thực hoạt động của cảm biến đo khoảng cách và ứng dụng thực tiễn của nó.
CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG
1.5 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
Hình CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG-2: Sơ đồ khối hệ thống
1.6 Phân tích và lựa chọn cảm biến
1.6.1 Tìm hiểu về các cảm biến khoảng cách
Cảm biến khoảng cách được phân loại theo nguyên lý hoạt động của chúng, với nhiều loại phổ biến như cảm biến siêu âm, cảm biến hồng ngoại, và cảm biến laser.
Cảm biến khoảng cách bằng tia laser hoạt động dựa trên nguyên lý phát ra tia laser để đo khoảng cách giữa cảm biến và vật thể Khi tia laser được chiếu đến vật thể, thời gian mà tia laser mất để di chuyển từ cảm biến đến vật thể và trở lại được sử dụng để tính toán khoảng cách chính xác.
Cảm biến khoảng cách bằng sóng siêu âm hoạt động dựa trên nguyên lý phát sóng siêu âm để đo khoảng cách giữa cảm biến và vật thể Khi sóng siêu âm được phát ra, chúng sẽ phản xạ trở lại khi chạm vào vật thể Thời gian mà sóng siêu âm di chuyển từ cảm biến đến vật thể và quay trở lại sẽ được sử dụng để tính toán khoảng cách chính xác giữa chúng.
Cảm biến tiệm cận là thiết bị sử dụng cảm biến điện áp thấp để phát hiện sự tiếp xúc với vật thể Khi cảm biến tiếp xúc, điện trở sẽ thay đổi, tạo ra tín hiệu điện áp thấp.
Cảm biến quang học là thiết bị sử dụng công nghệ quang học để phát hiện sự hiện diện của các vật thể Khi một vật thể chắn đường đi của ánh sáng, cảm biến này sẽ nhận diện và thông báo sự có mặt của vật thể đó.
Mỗi loại cảm biến khoảng cách đều có những ưu và nhược điểm riêng Cảm biến laser nổi bật với độ chính xác cao và phạm vi đo lớn, nhưng giá thành cao Trong khi đó, cảm biến sóng siêu âm có giá thành thấp và độ tin cậy cao, nhưng không hoạt động tốt trong môi trường có nhiều vật cản Cảm biến tiệm cận dễ lắp đặt và có giá thành thấp, nhưng phạm vi đo lại ngắn Cuối cùng, cảm biến quang học cũng có giá thành thấp và dễ lắp đặt, tuy nhiên độ chính xác của nó giảm trong môi trường ánh sáng mạnh.
Dưới đây là bảng tóm tắt các loại cảm biến khoảng cách phổ biến:
Bảng CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG-1: Các loại cảm biến phổ biến
Loại cảm biến Nguyên lý hoạt động Ưu điểm Nhược điểm
Cảm biến khoảng cách bằng tia laser
Sử dụng tia laser để đo khoảng cách Độ chính xác cáo, phạm vi đo lớn
Cảm biến khoảng cách bằng sóng siêu âm
Sử dụng sóng siêu âm để đo khoảng cách
Giá thành thấp, độ tin cậy cao
Không thể đo khoảng cách chính xác trong môi trường nhiều vật cản
Sử dụng cảm biến điện áp thấp để phát hiện sự tiếp xúc
Giá thành thấp, dễ lắp đặt Phạm vi đo ngắn
Sử dụng cảm biến quang học để phát hiện sự hiện diện của vật thể
Giá thành thấp, dễ lắp đặt Độ chính xác thấp trong môi trường có nhiều ánh sáng
Từ những bảng tóm tắt phân loại sản phẩm trên, chúng em quyết định chọn cảm biến siêu âm HC-SR04 cho đề tài.
1.6.2 Cảm biến siêu âm HC-SR04
Cảm biến HC-SR04 là một cảm biến khoảng cách siêu âm giá rẻ và dễ sử dụng.
Cảm biến HC-SR04 có phạm vi đo từ 2 đến 400 cm, thường được sử dụng trong các dự án tự động hóa Hoạt động dựa trên việc phát sóng siêu âm và đo thời gian sóng phản xạ để tính khoảng cách đến vật cản, HC-SR04 tương thích với nhiều loại vi điều khiển, bao gồm Arduino Với kích thước nhỏ gọn và dễ lắp đặt, cảm biến này có hai chân kết nối chính: chân Trigger để kích hoạt sóng siêu âm và chân Echo để đọc tín hiệu phản xạ Ngoài ra, cảm biến còn có hai chân cấp nguồn Vcc và Gnd để kết nối với nguồn điện.
HC-SR04 là một giải pháp tiết kiệm chi phí lý tưởng cho việc đo khoảng cách trong các ứng dụng như robot tránh vật cản, đo khoảng cách và định vị Với giá thành hợp lý và tính năng dễ sử dụng, HC-SR04 trở thành lựa chọn xuất sắc cho các dự án điện tử của sinh viên.
Hình CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG-3: Cảm biến HC-S04
a, Cấu tạo và thông số kĩ thuật của cảm biến:
❖ Modun cảm biến có 4 chân:
-Chân VCC: Dùng để cấp nguồn 5v
-Chân Trig: Chân digital output
-Chân Echo: Chân digital input
-Chân GND: Chân 0v (chân nối Mass)
❖Cảm biến được chia làm 3 phần:
Bộ phận phát sóng siêu âm bao gồm các đầu phát và đầu thu được chế tạo từ loa gốm đặc biệt Những thiết bị này phát ra sóng siêu âm với cường độ cao, thường ở tần số 40kHz, nhằm phục vụ cho việc đo khoảng cách hiệu quả.
Bộ phận thu sóng siêu âm phản xạ bao gồm một loa gốm nhạy với tần số 40KHz Tín hiệu thu được sẽ trải qua nhiều linh kiện như OPAM TL072 và transistor NPN, được khuếch đại biên độ liên tục Cuối cùng, tín hiệu này được đưa qua một bộ so sánh, kết hợp với tín hiệu từ bộ điều khiển để gửi về bộ điều khiển.
- Bộ phận xử lý, điều khiển tín hiệu: Vi điều khiển (PIC16F688,