xây dựng mạch điện điều khiển kho hàng thông minh

Luận văn, khóa luận tốt nghiệp, báo cáo là sản phẩm kiến thức, là công trình khoa học đầu tay của sinh viên, đúc kết những kiến thức của cả quá trình nghiên cứu và học tập một chuyên đề, chuyên ngành cụ thể. Tổng hợp các đồ án, khóa luận, tiểu luận, chuyên đề và luận văn tốt nghiệp đại học về các chuyên ngành: Kinh tế, Tài Chính & Ngân Hàng, Công nghệ thông tin, Khoa học kỹ thuật, Khoa học xã hội, Y dược, Nông - Lâm - Ngữ... dành cho sinh viên tham khảo. Kho đề tài hay và mới lạ giúp sinh viên chuyên ngành định hướng và lựa chọn cho mình một đề tài phù hợp, thực hiện viết báo cáo luận văn và bảo vệ thành công đồ án của mình.

Ứng dụng vi điều khiển và proteus xây dựng mạch điện điều khiển kho hàng thông minh LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật việc ứng dụng các công nghệ mới vào sản xuất được áp dụng rộng rãi, đặc biệt là việc áp dụng các bộ Vi Xử Lý – Vi Điều Khiển (VXL-VĐK) vào các dây chuyền sản xuất, các hệ thống bảo vệ, giám sát hay các hệ thống phân loại, sắp xếp sản phẩm công nghiệp, v.v Với kết cấu nhỏ gọn, khả năng xử lý nhanh, độ hoạt động tin cậy, VXL- VĐK đang là sự lựa chọn số 1 cho các hệ thống cũng như dây chuyền công nghiệp. Xét cả về yếu tố công nghệ và kinh tế thì các hệ thống sử dụng VXL-VĐK luôn đóng một vai trò quan trọng và chiếm số lượng lớn các nhà sử dụng. Một trong những ứng dụng điển hình mà chúng ta có thể nhắc tới chính là việc ứng dụng Vi điều khiển 8051 trong điều khiển “Kho hàng thông minh”. Vi điều khiển đã phần nào giải quyết các vấn đề về tần suất làm việc cũng như các yêu cầu về độ chính xác khi vận chuyển, cất giữ hàng hóa. Hơn nữa việc điều khiển kho hàng thông minh cũng đem lại sự an toàn cho người công nhân khi không phải trực tiếp lao động trong những môi trường khắc nhiệt, độc hại, có phóng xạ gây nguy hiểm đến tính mạng con người. Đáp ứng xu thế này, trong khuôn khổ của đồ án chúng em đã thực hiện “Ứng dụng vi điều khiển và proteus xây dựng mạch điện điều khiển kho hàng thông minh” đây là một vấn đề tuy không mới, nhưng việc đi sâu tìm hiểu ứng dụng của VĐK 89S52, giúp chúng em tiếp cận thêm các công nghệ tiên tiến đang áp dụng trên thế giới, mang các kiến thức lý thuyết được học trong nhà trường đến gần hơn với thực tế. Giúp cho sinh viên tự tin hơn với vốn kiến thức của mình trước khi ra trường. Nội dung đồ án gồm 4 chương: 1 Ứng dụng vi điều khiển và proteus xây dựng mạch điện điều khiển kho hàng thông minh Chương 1: Tổng quan về kho hàng thông minh Chương 2: Tổng quan về vi điều khiển 8051 Chương 3: Thiết kế mạch điện điều khiển kho hàng thông minh. Chương 4: Thực nghiệm CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ KHO HÀNG THÔNG MINH 1.1 Tầm quan trọng của kho hàng thông minh Trong những thập niên gần đây, thế giới chứng kiến sự thay đổi mạnh mẽ của các nền đại công nghiệp. Cùng với đó là một khối lượng lớn các sản phẩm, hàng hóa được tạo ra mỗi ngày, phục vụ nhu cầu của con người. Nhưng các sản phẩm sản xuất ra không phải lúc nào cũng được đưa đến nơi tiêu thụ, điều đó đòi hỏi một nơi cất giữ hàng hóa tiện ích và đủ lớn. Đáp ứng xu thế đó, ngày nay có rất nhiều các doanh nghiệp coi việc xây dựng các “kho hàng thông minh” là cốt lõi chiến lược trong sự phát triển kinh doanh của doanh nghiệp. Sự ra đời của kho hàng thông minh không chỉ đem lại diện mạo mới cho các công ty, tổ chức, cá nhân sản xuất hàng hóa. Mà nó còn đem lại sự tiện lợi cho các đối tác kinh doanh, trong việc xuất nhập khẩu các sản phẩm. Mặt khác, nó còn góp phần tăng năng suất sản xuất lao động, đảm bảo chất lượng sản phẩm 1.2. Giới thiệu một số kho hàng thông minh Hình 1.1, 1.2 là mô hình kho hàng tự động. 2 Ứng dụng vi điều khiển và proteus xây dựng mạch điện điều khiển kho hàng thông minh Hình 1.1. Mô hình kho hàng thông minh tại Việt Nam 3 Ứng dụng vi điều khiển và proteus xây dựng mạch điện điều khiển kho hàng thông minh Hình 1.2. Mô hình kho hàng thông minh tại Mỹ Hình 1.2 Mô hình kho hàng thông minh tại Mỹ Hình 1.3. Mô hình kho hàng thông minh tại Phần Lan Sản phẩm mô hình kho hàng thông minh được đưa vào giảng dạy tại các trường đại học. Trong ảnh, mô hình kho hàng thông minh đang được trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đưa vào giảng dạy trong nhà trường. 4 Ứng dụng vi điều khiển và proteus xây dựng mạch điện điều khiển kho hàng thông minh Hình 1.4 . Mô hình kho hàng thông minh tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 5 Ứng dụng vi điều khiển và proteus xây dựng mạch điện điều khiển kho hàng thông minh CHƯƠNG II. TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 8051 2.1. Chuẩn 8051 Họ vi điều khiển MCS - 51 do Intel sản xuất đầu tiên vào năm 1980 là các IC thiết kế cho các ứng dụng hướng điều khiển. Các IC này chính là một hệ thống vi xử lý hoàn chỉnh bao gồm các các thành phần của hệ vi xử lý: CPU, bộ nhớ, các mạch giao tiếp, điều khiển ngắt. MCS - 51 là họ vi điều khiển sử dụng cơ chế CISC (Complex Instruction Set Computer), có độ dài và thời gian thực thi của các lệnh khác nhau. Tập lệnh cung cấp cho MCS-51 có các lệnh dùng cho điều khiển xuất/nhập tác động đến từng bit. MCS 51 bao gồm nhiều vi điều khiển khác nhau, bộ vi điều khiển đầu tiên là 8051 có 4KB ROM, 128 byte RAM và 8031, không có ROM nội, phải sử dụng bộ nhớ ngoài. Sau này, các nhà sản xuất khác như Siemens, Fujitsu, … cũng được cấp phép làm nhà cung cấp thứ hai. MCS-51 bao gồm nhiều phiên bản khác nhau, mỗi phiên bản sau tăng thêm một số thanh ghi điều khiển hoạt động của MCS-51. 6 Ứng dụng vi điều khiển và proteus xây dựng mạch điện điều khiển kho hàng thông minh Hình 2-1.Kiến trúc vi điều khiển 8051 AT89C51 là vi điều khiển do Atmel sản xuất, chế tạo theo công nghệ CMOS có các đặc tính như sau: + 4 KB PEROM (Flash Programmable and Erasable Read Only Memory), có khả năng tới 1000 chu kỳ ghi xoá + Tần số hoạt động từ: 0Hz đến 24 MHz + 3 mức khóa bộ nhớ lập trình + 128 Byte RAM nội. + 4 Port xuất /nhập I/O 8 bit. + 2 bộ Timer/counter 16 Bit. + 6 nguồn ngắt. + Giao tiếp nối tiếp điều khiển bằng phần cứng. + 64 KB vùng nhớ mã ngoài + 64 KB vùng nhớ dữ liệu ngoài. + Cho phép xử lý bit. + 210 vị trí nhớ có thể định vị bit. + 4 chu kỳ máy (4 µs đối với thạch anh 12MHz) cho hoạt động nhân hoặc chia. + Có các chế độ nghỉ (Low-power Idle) và chế độ nguồn giảm (Power- down). + Ngoài ra, một số IC khác của họ MCS-51 có thêm bộ định thời thứ 3 và 256 byte RAM nội. 7 Ứng dụng vi điều khiển và proteus xây dựng mạch điện điều khiển kho hàng thông minh 2.2. Chân vi điều khiển 8051 Hình 2.2. Sơ đồ chân vi điều khiển AT89C51 Chip AT89C51 có các tín hiệu điều khiển cần phải lưu ý như sau: - Tín hiệu vào /EA trên chân 31 thường đặt lên mức cao ( +5V) hoặc mức thấp (GND). Nếu ở mức cao, 8951 thi hành chương trình từ ROM nội trong khoảng địa chỉ thấp (4K hoặc tối đa 8k đối với 89C52). Nếu ở mức thấp, chương trình được thi hành từ bộ nhớ mở rộng (tối đa đến 64Kbyte). Ngoài ra người ta còn dùng /EA làm chân cấp điện áp 12V khi lập trình EEPROM trong 8051. - Các chân nguồn: 8 Ứng dụng vi điều khiển và proteus xây dựng mạch điện điều khiển kho hàng thông minh AT89C51 hoạt động ở nguồn đơn +5V. Vcc được nối vào chân 40, và Vss (GND) được nối vào chân 20. + Chân 40: VCC = 5V± 20% + Chân 20: GND - /PSEN (Program Store Enable): /PSEN (chân 29) cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng đối với các ứng dụng sử dụng ROM ngoài, thường được nối đến chân /OC (Output Control) của ROM để đọc các byte mã lệnh. /PSEN sẽ ở mức logic 0 trong thời gian AT89C51 lấy lệnh.Trong quá trình này, / PSEN sẽ tích cực 2 lần trong 1 chu kỳ máy. Mã lệnh của chương trình được đọc từ ROM thông qua bus dữ liệu (Port0) và bus địa chỉ (Port0 + Port2). Khi 8051 thi hành chương trình trong ROM nội, PSEN sẽ ở mức logic 1. - ALE/ PROG (Address Latch Enable / Program): ALE/ PROG (chân 30) cho phép tách các đường địa chỉ và dữ liệu tại Port 0 khi truy xuất bộ nhớ ngoài. ALE thường nối với chân Clock của IC chốt (74373, 74573). Các xung tín hiệu ALE có tốc độ bằng 1/6 lần tần số dao động trên chip và có thể được dùng làm tín hiệu clock cho các phần khác của hệ thống. Xung này có thể cấm bằng cách set bit 0 của SFR tại địa chỉ 8Eh lên 1. Khi đó, ALE chỉ có tác dụng khi dùng lệnh MOVX hay MOVC. Ngoài ra, chân này còn được dùng làm ngõ vào xung lập trình cho ROM nội ( /PROG ). - EA /VPP (External Access) : EA (chân 31) dùng để cho phép thực thi chương trình từ ROM ngoài. Khi nối chân 31 với Vcc, AT89C51 sẽ thực thi chương trình từ ROM nội (tối đa 8KB), ngược lại thì thực thi từ ROM ngoài (tối đa 64KB). Ngoài ra, chân /EA được lấy làm chân cấp nguồn 12V khi lập trình cho ROM. - RST (Reset): RST (chân 9) cho phép reset AT89C51 khi ngõ vào tín hiệu đưa lên mức 1 trong ít nhất là 2 chu kỳ máy. - X1, X2: 9 Ứng dụng vi điều khiển và proteus xây dựng mạch điện điều khiển kho hàng thông minh Ngõ vào và ngõ ra bộ dao động, khi sử dụng có thể chỉ cần kết nối thêm thạch anh và các tụ như hình vẽ trong sơ đồ. Tần số thạch anh thường sử dụng cho AT89C51 là 12Mhz. Hình 2.3 . Sơ đồ kết nối thạch anh 2.3. Cổng vào/ra Tất cả các vi điều khiển 8051 đều có 4 cổng vào/ra 8 bit có thể thiết lập như cổng vào hoặc ra. Như vậy có tất cả 32 chân I/O cho phép vi điều khiển có thể kết nối với các thiết bị ngoại vi. 10 [...]... CMOS 26 Ứng dụng vi điều khiển và proteus xây dựng mạch điện điều khiển kho hàng thông minh CHƯƠNG III THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN KHO HÀNG THÔNG MINH 3.1 Yêu cầu công nghệ Với mục đích phục vụ cho việc học tập và giảng dạy tại trường Đại học Sao đỏ chúng em đưa ra yêu cầu công nghệ của hệ thống điều khiển kho hàng thông minh như sau: Hệ thống vận chuyển hàng từ nơi tập kết đến kho hàng đảm bảo các... vi điều khiển và proteus xây dựng mạch điện điều khiển kho hàng thông minh Hình 2.4 Cổng vào/ra Hình 2.4 mô tả sơ đồ đơn giản của mạch bên trong các chân vi điều khiển trừ cổng P0 là không có điện trở kéo lên (pull-up) Chân ra: Một mức logic 0 đặt vào bit của thanh ghi P làm cho transistor mở, nối chân tương ứng với đất (hình 2.5) 11 Ứng dụng vi điều khiển và proteus xây dựng mạch điện điều khiển kho. .. hàng còn trống, hệ thống mang hàng di chuyển đến nơi tập kết sản phẩm gắp sản phẩm đến vị trí trống Khi số sản phẩm được sắp xếp đầy trong kho hàng, cánh tay dừng, đèn báo màu đỏ báo sản phẩm đã đầy kho 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển 28 Ứng dụng vi điều khiển và proteus xây dựng mạch điện điều khiển kho hàng thông minh Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển - Khối cảm biến là các... các cảm biến báo trong kho có hàng và vị trí đặt hàng còn trống, cơ cấu di chuyển hoạt động, đưa cơ cấu gắp vật tới vị trí kho 27 Ứng dụng vi điều khiển và proteus xây dựng mạch điện điều khiển kho hàng thông minh hàng Khi tới vị trí kho hàng, hệ thống hạ cơ cấu gắp vật, đồng thời gắp vật ra khỏi vị trí của kho Lúc này cơ cấu di chuyển mang vật từ vị trí hàng tập kết đến nơi để hàng - Quá trình di chuyển... bị “cấm” 30 Ứng dụng vi điều khiển và proteus xây dựng mạch điện điều khiển kho hàng thông minh Khi có vật nằm trong vùng tác động của cảm biến, dòng điện 24VDC từ nguồn qua điện trở phân cực thuận cho cách ly quang, LED trạng thái sáng, đồng thời đầu ra của cách ly quang có mức logic 5VDC 3.2.2.2 Khối điều khiển Hình 3.3 Khối điều khiển Khối điều khiển sử dụng chíp vi điều khiển họ 8051, nhận tín... đưa vào vi điều khiển - VĐK làm nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các cảm biến và so sánh với các câu lệnh đã được lập trình sẵn để đưa ra các tín hiệu ở đầu ra, điều khiển tải: Motor, relay Ngoài ra còn có các LED báo trạng thái tín hiệu đầu vào, ra giúp chúng ta quan sát được trạng thái làm việc của vi điều khiển 29 Ứng dụng vi điều khiển và proteus xây dựng mạch điện điều khiển kho hàng thông minh 3.2.2... vi điều khiển và proteus xây dựng mạch điện điều khiển kho hàng thông minh 2.4 Tổ chức bộ nhớ Bộ nhớ trong ROM 4KB 0000h – 0FFFh RAM 128 byte 00h – 7Fh SFR 80h – 0FFh Bộ nhớ ngoài Bộ nhớ chương trình 64 KB 0000h – FFFFh Điều khiển bằng PSEN Bộ nhớ dữ liệu 64 KB 0000h – FFFFh Điều khiển bằng RD và WR Hình 2.8 Các vùng nhớ trong AT89C51 Bảng 2.2 Các thanh ghi chức năng đặc biệt 14 Ứng dụng vi điều khiển. .. khối cảm biến Đầu ra được kết nối với ULN2803 điều khiển tải Khi vi điều khiển 31 Ứng dụng vi điều khiển và proteus xây dựng mạch điện điều khiển kho hàng thông minh nhận được 1 tín hiệu đầu vào từ cảm biến, lập tức chương trình con nạp sẵn được thực thi và tùy vào điều kiện đầu vào mà đầu ra có mức logic 0 hay 1 tương ứng Các Post 0,1,2 được kết nối với mạch cảm biến, Post 3 được kết nối với ULN2803... Tốc độ chuyển mạch tương đối nhanh, có thể phát hiện đối tượng có kích thước nhỏ, phạm vi cảm nhận lớn - Cảm biến điện dung chịu ảnh hưởng bởi bụi và độ ẩm Cảm biến điện dung có vùng cảm nhận lớn hơn vùng cảm nhận của cảm biến điện cảm 33 Ứng dụng vi điều khiển và proteus xây dựng mạch điện điều khiển kho hàng thông minh Hình 3.5 Cảm biến tiệm cận kiểu điện dung Cảm biến tiệm cận kiểu điện dung không... - Nhà sản xuất - Hình dạng - Loại tiếp điểm - Dòng điện - Điện áp - Vật liệu vỏ - Màu sắc - Tiêu chuẩn - Chức năng Cảm biến tiệm cận Omron, Theo từng model, Z seri SPDT 1,5A, 3A, 5A (tùy model) 24VDC Nhựa, thép Màu đen, vàng, đỏ IEC Dùng trong mạch điều khiển tự động 34 Ứng dụng vi điều khiển và proteus xây dựng mạch điện điều khiển kho hàng thông minh 3.3.2 Công tắc hành trình Công tác hành trình . một số kho hàng thông minh Hình 1.1, 1.2 là mô hình kho hàng tự động. 2 Ứng dụng vi điều khiển và proteus xây dựng mạch điện điều khiển kho hàng thông minh Hình 1.1. Mô hình kho hàng thông minh. minh tại Vi t Nam 3 Ứng dụng vi điều khiển và proteus xây dựng mạch điện điều khiển kho hàng thông minh Hình 1.2. Mô hình kho hàng thông minh tại Mỹ Hình 1.2 Mô hình kho hàng thông minh tại Mỹ Hình. thanh ghi điều khiển hoạt động của MCS-51. 6 Ứng dụng vi điều khiển và proteus xây dựng mạch điện điều khiển kho hàng thông minh Hình 2-1.Kiến trúc vi điều khiển 8051 AT89C51 là vi điều khiển do