đồ án tốt nghiệp thiết kế thi công mô hình đếm và phân loại sản phẩm dùng vi điều khiển 8051

ĐỒ ÁN TỔNG HƠP 1 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, con người cùng với những ứng dụng của khoa học kỹ thuật tiên tiến của thế giới, chúng ta đã và đang ngày một thay đổi, văn minh và hiện đại hơn. Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm nổi bật như sự chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là những yếu tố rất cần thiết góp phần cho hoạt động của con người đạt hiệu quả ngày càng cao hơn. Điện tử đang trở thành một ngành khoa học đa nhiệm vụ. Điện tử đã đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng của các ngành, lĩnh vực khác nhau cho đến nhu cầu thiết yếu của con người trong cuộc sống hàng ngày. So với kỹ thuật số thì kỹ thuật vi điểu khiển nhỏ gọn hơn rất nhiều do nó được tích hợp lại và có khả năng lập trình được để điều khiển. Nên rất tiện dụng và cơ động. Trong phạm vi đồ án tổng hợp này, em dùng vi điều khiển để điều khiển hệ thống phân loại và đếm sản phẩm. • Tên đề tài: Thiết kế thi công mô hình đếm và phân loại sản phẩm dùng VĐK 8051 Mục tiêu của đề tài, phạm vi đề tài: Thiết kế, thi công mô hình băng tải đếm, phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng VĐK Phương pháp nghiên cứu, lựa chọn giải pháp công nghệ: Nghiên cứu lý thuyết sử dụng phần mềm mô phỏng, thiết kế chế tạo mô hình thực nghiệm • Nội dung nghiên cứu: (gồm 3 chương) Chương 1: Tổng quan VĐK 8051 Chương 2: Thiết kế và thi công mô hình Chương 3: Sơ đồ khối và chương trình điều khiển 1.1. Giới thiệu đề tài Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong thực tế hiện nay. Dùng sức người, công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc. Chưa kể đến có những phân loại dựa trên các chi tiết kĩ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thể nhận ra. Điều đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất. Vì vậy, hệ thống tự động nhận đạng và SVTH: Trương Trịnh Hoài Vinh-Mai Văn Tới GVHD: Phạm Văn Phát ĐỒ ÁN TỔNG HƠP 2 phân loại sản phẩm ra đời là một sự phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này. Tùy vào mức độ phức tạp trong yêu cầu phân loại, các hệ thống phân loại tự động có những quy mô lớn, nhỏ khác nhau. Tuy nhiên có một đặc điểm chung là chi phí cho các hệ thống này khá lớn, đặc biệt đối với điều kiện của Việt Nam. Vì vậy hiện nay đa số các hệ thống phân loại tự động đa phần mới chỉ được áp dụng trong các hệ thống có yêu cầu phân loại phức tạp, còn một lượng rất lớn các doanh nghiệp Việt Nam vẫn sử dụng trực tiếp sức lực con người để làm việc. Vì vậy em hy vọng thông qua việc lựa chọn đề tài này em có thể thu thập cái nhìn sâu sát hơn về bài toán phân loại sản phẩm và tích góp những kinh nghiệm quý báu làm nền tảng cho tương lai có thể góp một phần công sức vào phát triển những hệ thống tự động với chi phí hợp lý áp dụng cho Việt Nam. 1.2. Mục đích nghiên cứu • Để biết khả năng vận dụng những kiến thức đã học để thiết kế, thi công một mô hình tự động hóa hoàn chỉnh. • Ôn và nắm chắc lại kiến thức đã học nhằm nâng cao mức độ tự tin để chuẩn bị bước vào môi trường làm việc thực tế sau khi tốt nghiệp. • Góp phần đưa các hệ thống tự động vào trong công nghiệp 1.3. Nhiệm vụ • Nghiên cứu hệ thống băng chuyền phân loại sản phẩm • Nghiên cứu một vài loại cảm biến phân loại sản phẩm • Ứng dụng thiết kế và thi công 1 loại băng chuyền phân loại và đóng thùng sản phẩm cụ thể 1.4. Giới hạn đề tài • Do chi phí, thời gian có hạn nên sản phẩm chỉ dừng lại ở mức đáp ứng được yêu cầu của một đồ án tốt nghiệp. • Chỉ phân lọai đơn giản 3 màu – Trắng-Đỏ-Đen Vì thời gian và trình độ còn hạn chế nên việc thực hiện đồ án còn nhiều thiếu sót . Kính mong nhận được sự chỉ dẫn và góp ý tận tình của tất cả quý thầy cô. SINH VIÊN: Mai Văn Tới Trương Trịnh Hoài Vinh SVTH: Trương Trịnh Hoài Vinh-Mai Văn Tới GVHD: Phạm Văn Phát ĐỒ ÁN TỔNG HƠP 3 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên sinh viên: Lớp: Mã sinh viên: Tên đề tài: Ưu điểm: Nhược điểm: Điểm đánh giá: Ngày …….Tháng…….Năm 2013 Giáo viên hướng dẫn Mục Lục SVTH: Trương Trịnh Hoài Vinh-Mai Văn Tới GVHD: Phạm Văn Phát ĐỒ ÁN TỔNG HƠP 4 LỜI NÓI ĐẦU 1 2.2.9 IC 74HC595 ghi dịch 25 2.2.9.1 Sơ đồ chân 25 2.2.9.2 Chức năng 25 2.2.9.3 Giải thích, ý nghĩa hoạt động của một số chân quan trọng 25 2.2.10 Quang Trở 26 3.1.4 Mạch cảm biến : 34 2.4 KẾT QUẢ CHƯƠNG 2: 36 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ 8051 VÀ LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MẠCH 2.1. Giới thiệu về 8051 2.1.1. Giới thiệu về AT 89C51 AT89C51 là một hệ vi tính 8 bit đơn chip CMOS có hiệu suất cao, công suất nguồn tiêu thụ thấp và có 4 Kbyte bộ nhớ Rom Flash xoá được, lập trình được. Chíp này được sản xuất dựa vào công nghệ bộ nhớ không mất nội dung có độ tích hợp cao. Nó cũng tương thích với tập lệnh và các chân của chuẩn công nghiệp MCS-51. Flash trên chip cho phép bộ nhớ chương trình được lập trình lại trên hệ thống hoặc bằng bộ lập trình không mất nội dung qui ước. 89C51 là IC vi điều khiển (Microcontrolled ) do hãng Intel sản xuất . IC này có đặc điểm : 4 kbyte ROM bên trong dùng để lưu chương trình 128 byte RAM nội 4 port xuất/nhập 8 bit 2 bộ định thời 16 bit Mạch giao tiếp nối tiếp Không gian nhớ chương trình ngoài 64 kbyte (bộ nhớ ROM ngoại) Không gian nhớ dữ liệu ngoài 64 kbyte (bộ nhớ RAM ngoại) Bộ xử lý bit (thao tác trên các bit riêng rẽ) 210 vị trí nhớ được định địa chỉ, mỗi vị trí một bit (bit được địa chỉ hóa) 32 đường xuất nhập SVTH: Trương Trịnh Hoài Vinh-Mai Văn Tới GVHD: Phạm Văn Phát ĐỒ ÁN TỔNG HƠP 5 Bộ nhân chia trong 4µs 2.1.2. Sơ đồ khối của AT 89C51 • Ram 128 byte • TIMER 2,1,0 : Bộ định thời 2,1,0 • CPU : Đơn vị điều khiển trung tâm • PORT : Các port xuất/nhập • Address/data :Địa chỉ/dữ liệu SVTH: Trương Trịnh Hoài Vinh-Mai Văn Tới GVHD: Phạm Văn Phát ĐỒ ÁN TỔNG HƠP 6  2.1.3. Sơ đồ chân và chức năng các chân của AT89C51 SVTH: Trương Trịnh Hoài Vinh-Mai Văn Tới GVHD: Phạm Văn Phát ĐỒ ÁN TỔNG HƠP 7  •Chức năng các chân của AT89C51 AT89C51 có tất cả 40 chân, trong đó 32 chân chức năng xuất nhập (trong thiết kế nhỏ) được chia thành 4 port 8 bit và 8 chân có chức năng khác.  • Port 0 gồm 8 chân (từ chân 32 đến chân 39): Có hai chức năng : - Chức năng xuất/nhập: các chân này được dùng để nhận tín hiệu từ bên ngoài vào để xử lý, hoặc dùng để xuất tín hiệu ra bên ngoài. - Chức năng làm bus dữ liệu và bus địa chỉ (AD7-AD0): 8 chân này còn làm nhiệm vụ lấy dữ liệu từ ROM hoặc RAM bên ngoài (nếu có kết nối bộ nhớ ngoài), đồng thời port 0 còn được dùng để định địa chỉ của bộ nhớ ngoài.  • Port 1 gồm 8 chân từ chân 1 đến chân 8, chỉ có chức năng làm các đường xuất/nhập, không có chức năng khác.  • Port 2 gồm 8 chân từ chân 21 đến chân 28 có 2 chức năng: SVTH: Trương Trịnh Hoài Vinh-Mai Văn Tới GVHD: Phạm Văn Phát ĐỒ ÁN TỔNG HƠP 8 oChức năng xuất/nhập oChức năng là bus địa chỉ cao (A8-A15): Khi kết nối với bộ nhớ ngoài có dung lượng lớn, cần 2 byte để định địa chỉ của bộ nhớ, byte thấp do P0 đảm nhận, byte cao do P2 đảm nhận.  • Port 3 gồm 8 chân từ chân 10 đến chân 17. + Chức năng xuất/nhập + Với mỗi chân có một chức năng riêng thứ hai như trong bảng sau: Bit Tên Địa chỉ bit Chức năng P3.0 RXD B0H Chân nhận dữ liệu nối tiếp P3.1 TXD B1H Chân xuất dữ liệu nối tiếp P3.2 INT0 B2H Ngõ vào ngắt ngoài 0 P3.3 INT1 B3H Ngõ vào ngắt ngoài 1 P3.4 T0 B4H Ngõ vào của bộ định thời/đếm 0 P3.5 T1 B5H Ngõ vào của bộ định thời/đếm 1 P3.6 WR B6H Ngõ điều khiển ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài P3.7 RD B7H Ngõ điều khiển đọc dữ liệu từ bộ nhớ ngoài Bảng 2.1 :  !"#$%& '()(*+')*, • Ngõ vào RST ở chân 9 là ngõ vào Reset dung để thiết lập trạng thái ban đầu cho vi điều khiển. Hệ thống sẽ được thiết lập lại các giá trị ban đầu nếu ngõ này ở mức 1 tối thiểu 2 chu kỳ máy. SVTH: Trương Trịnh Hoài Vinh-Mai Văn Tới GVHD: Phạm Văn Phát ĐỒ ÁN TỔNG HƠP 9 -.*/012.*/0 : Hai chân này có vị trí chân là 18 và 19 được sử dụng để nhận nguồn xung clock từ bên ngoài để hoạt động, thường được ghép với thạch anh và các tụ để tạo nguồn xung clock ổn định. C 1 C 5 8 9 C 5 1 X T A L 1 X T A L 2X T A L 2 34456!78!4 C 1 =C 5 = 30pF ± 10pF ( thường được sử dụng với C 1 ,C 5 là tụ 33pF) dùng ổn định dao động cho thạch anh. 9&:&76;<!)(= • PSEN ( program store enable) tín hiệu được xuất ra ở chân 29 dùng để truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài. Chân này thường được nối với chân cho phép xuất OE ( output enable) của ROM ngoài. /0(+&:&>?@, • Khi vi điều khiển truy xuất bộ nhớ từ bên ngoài, port 0 vừa có chức năng là bus địa chỉ vừa có chức năng là bus dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ. Tín hiệu ở chân ALE dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và các đường dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt. • Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động đưa vào vi điều khiển, như vậy có thể dùng tín hiệu ở ngõ ra ALE làm xung clock cung cấp cho các phần khác của hệ thống. (/+, • Chân EA dung để xác định chương trình thực hiện được lấy từ ROM nội hay ROM ngoại. SVTH: Trương Trịnh Hoài Vinh-Mai Văn Tới GVHD: Phạm Văn Phát ĐỒ ÁN TỔNG HƠP 10 • Khi EA nối với logic 1 ( +5V) thì vi điều khiển thực hiện chương trình lấy từ bộ nhớ nội. • Khi EA nối với logic 0 ( 0V) thì vi điều khiển thực hiện chương trình lấy từ bộ nhớ ngoại. A • Là chân số 40 cấp nguồn cho vi điều khiển.Nguồn điện cấp là +5V±0.5 B=C • Chân số 20 nối GND ( hay nối mass) 2.1.4. Tổ chức bộ nhớ dữ liệu – bộ nhớ Ram Bộ nhớ RAM dùng làm môi trường xử lý thông tin, lưu trữ các kết quả trung gian và kết quả cuối cùng của các phép toán, xử lý thông tin. Nó cũng dùng để tổ chức các vùng đệm dữ liệu, trong các thao tác thu phát, chuyển đổi dữ liệu. 30 2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28 RAM Đa dạng 7F 7E 7D 7C 7B 7A 79 78 77 76 75 74 73 72 71 70 6F 6E 6D 6C 6B 6A 69 68 67 66 65 64 63 62 61 60 5F 5E 5D 5C 5B 5A 59 58 57 56 55 54 53 52 51 50 4F 4E 4D 4C 4B 4A 49 48 47 46 45 44 43 42 41 40 3F 3E 3D 3C 3B 3A 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18 SVTH: Trương Trịnh Hoài Vinh-Mai Văn Tới GVHD: Phạm Văn Phát [...]... TRUNG TÂM KHỐI CÔNG SUẤT KHỐI CẢM BIẾN Hình 3.4 Sơ đồ khối Chức năng các khối: khối xử lý trung tâm : + Xử lý phát và nhận tín hiệu để điều khiển thực thi cho các khối còn lại Khối hiển thị: + Hiển thị sản phẩm chọn và đếm số lượng sản phẩm Khối công suất: + Nhận tín hiệu từ khối điều khiển để điều khiển các động cơ Khối cảm biến: + Quét và kiểm tra các sản phẩm để đưa tín hiệu đến vi điều khiển Khối... Lớp bán dẫn mỏng (cadimi sulfur CdS); tấm cách điện; điện cực bằng kim loại d) Hoạt động: khi ánh sáng chiếu vào quang trở càng mạnh thì giá trị trở kháng trong quang trở càng thấp, lợi dụng tính chất đó mà ta mắc quang trở vào opamp thuật toán lm324 theo nguyên lý cầu phân áp để so sánh điện áp giữa (Vin-) và (Vin+) để lấy ở ngõ ra Vout mức 0 hay 1 kích cho vi điều khiển Vì mô hình phân loại sản phẩm. .. là một IC công suất thấp bao gồm 4 bộ khuếch đại thuật toán (Op Amp) trong nó Các Opamp trong LM324 được thi t kế đặc biệt để sử dụng với nguồn đơn Tức là bạn chỉ cần Vcc và GND là đủ Nguyên lý là mỗi bộ khuếch đại thuật toán so sánh điện áp đầu vào giữa Vin- và Vin+ để cho ra Vout mức 0 hay 1 Nếu Vin+lớn hơn Vin- thì ngõ ra Vout là mức 1 Nếu Vin+ nhỏ hơn Vin- thì ngõ ra Vout là mức 0 Một điều đặc biệt... niệm chung về rơle : Rơle là một loại thi t bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định Rơle là thi t bị điện dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm vi c của mạch điện động lực 2.2.8.2 Các bộ phận (các khối) chính của rơle SVTH: Trương Trịnh Hoài Vinh-Mai Văn Tới GVHD: Phạm Văn Phát ĐỒ ÁN TỔNG HƠP 23 Cơ cấu tiếp thu... các chân vào ra của vi điều khiển Khi một phím được bấm, nó sẽ nối hàng với cột tương ứng Mô hình sử dụng phím từ 0 đến 9 để chọn sản phẩm cần đóng thùng và nút OK để khởi động băng chuyền 1 2 4 5 6 7 8 OK 3 9 H1 H2 H3 C4 C3 C1 C2 0 H4 Hình 2.9 Ma trận phím 4*4 2.2.6 Led hồng ngoại Led hồng ngoại có 2 loại: Thu và phát - Loại phát có 2 chân, thường thấy trong các loại Remote TV, đầu máy Loại này đơn... , độ tương phản màu sắc của sản phẩm khác nhau nên trở kháng của các quang trở khác nhau nên opamp so sánh được các mức điện áp khác nhau giữa các màu dẫn đến ngõ ra Vout của các bộ thuật toán cho các màu là khác nhau ( giả sử : đen 011, đỏ 001, trắng 000) CHƯƠNG 3: THI T KẾ VÀ THI CÔNG SVTH: Trương Trịnh Hoài Vinh-Mai Văn Tới GVHD: Phạm Văn Phát ĐỒ ÁN TỔNG HƠP 27 3.2 Sơ đồ khối KHỐI HIỂN THỊ KHỐI BÀN... 2.2.8.3 Phân loại rơle Có nhiều loại rơle với nguyên lí và chức năng làm vi c rất khác nhau Do vậy có nhiều cách để phân loại rơle: Phân loại theo nguyên lí làm vi ̣c gồm các nhóm • Rơle điện cơ (rơle điện từ, rơle từ điện, rơle điện từ phân cực, rơle cảm ứng, ) • Rơle nhiệt • Rơle từ • Rơle điện tử -bán dẫn, vi mạch • Rơle số Phân theo nguyên lí tác động của cơ cấu chấp hành •Rơle có tiếp điểm: loại. .. Hoài Vinh-Mai Văn Tới GVHD: Phạm Văn Phát ĐỒ ÁN TỔNG HƠP 35 Hoạt động của cảm biến : Mạch hoạt động so sánh điện áp giữa chân 2 và chân 3 (Vin- và Vin+) theo công thức cầu phân áp để cho ra Vout mức 0 hay mức 1 Nếu U(+) > U(-) thì chân out sẽ cho ra U(mức 1) Nếu U(+) < U(-) thì chân out sẽ cho ra U(mức 0) 3 cảm biến LDR được đặt theo hàng ngang để quét sản phẩm đi qua, tùy vào độ tương phản ánh sáng... Mass), các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 1 SVTH: Trương Trịnh Hoài Vinh-Mai Văn Tới GVHD: Phạm Văn Phát ĐỒ ÁN TỔNG HƠP 20 Hình 2.8 Sơ đồ chân led 7 đoạn Bảng mã led 7 đoạn: Bảng mã cho Led catode chung (a là LSB,dp là MSB): SVTH: Trương Trịnh Hoài Vinh-Mai Văn Tới GVHD: Phạm Văn Phát ĐỒ ÁN TỔNG HƠP 21 2.2.5 Bàn... loại này tác động bằng cách thay đổi đột ngột các tham số của cơ cấu chấp hành mắc trong mạch điều khiển như: điện cảm, điện dung, điện trở, SVTH: Trương Trịnh Hoài Vinh-Mai Văn Tới GVHD: Phạm Văn Phát ĐỒ ÁN TỔNG HƠP 24 Phân loại theo đặc tính tham số vào • Rơle dòng điện • Rơle điện áp • Rơle công suất • Rơle tổng trở, Phân loại theo cách mắc cơ cấu • Rơle sơ cấp: loại này được mắc trực tiếp vào . dụng và cơ động. Trong phạm vi đồ án tổng hợp này, em dùng vi điều khiển để điều khiển hệ thống phân loại và đếm sản phẩm. • Tên đề tài: Thi t kế thi công mô hình đếm và phân loại sản phẩm dùng. động vào trong công nghiệp 1.3. Nhiệm vụ • Nghiên cứu hệ thống băng chuyền phân loại sản phẩm • Nghiên cứu một vài loại cảm biến phân loại sản phẩm • Ứng dụng thi t kế và thi công 1 loại băng. phần mềm mô phỏng, thi t kế chế tạo mô hình thực nghiệm • Nội dung nghiên cứu: (gồm 3 chương) Chương 1: Tổng quan VĐK 8051 Chương 2: Thi t kế và thi công mô hình Chương 3: Sơ đồ khối và chương