Đếm sản phẩm bằng cảm biến hồng ngoại hiển thị lên LCD
Đại học Công Nghiệp Hà Nội Lớp Cơ Điện Tử 2 K3 Lời nói đầu Kỹ thuật vi điều khiển hiện nay rất phát triển, nó được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp, tự động hóa, trong đời sống và còn nhiều lĩnh vực khác nữa. 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. Với tính ưu việt của vi điều khiển chúng em đã ứng dụng để nghiên cứu và thực hiện đề tài: “Đếm sản phẩm bằng cảm biến hồng ngoại” hiển thị lên LCD Mục đích của đề tài hướng đến: tạo ra bước đầu cho sinh viên thử nghiệm những ứng dụng của kĩ thuật vi điều khiển trong thực tiễn để giúp học tốt môn vi điều khiển, đồng thời là ứng dụng vào thực tế sau này. Trước tiên, chúng em xin chân thành cảm ơn cô giáo Vũ Thị Thu Hương đã tận tình giúp đỡ, theo dõi động viên, khuyến khích, tạo mọi điều kiện để em hoàn thành tốt đồ án môn Vi điều khiển. Chúng em xin gởi lời cám ơn đến Ban Giám Hiệu, toàn thể thầy cô và nhất là các thầy cô trong khoa Điện tử đã tạo điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành được đồ án môn Vi điều khiển. Do thời gian làm bài và kinh nghiệm còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót . Vì vậy, chúng em rất mong sự góp ý của các thầy cô và các bạn để có thể hoàn thiện kĩ năng của mình hơn nữa. Hà Nội, ngày 27 tháng 07 năm 2013 Nhóm thực hiện đồ án: Nhóm 9 1 Đại học Công Nghiệp Hà Nội Lớp Cơ Điện Tử 2 K3 ĐỒ ÁN VI XỬ LÝ Đề bài : Thiết kế bộ đếm sản phẩm dùng cảm biến hồng ngoại I Giới thiệu về mạch và sơ đồ khối Mạch sử dụng cảm biến hồng ngoại để đếm sản phẩm đi qua một vị trí cô định trên băng truyền. Mạch đếm sản phẩm bằng phương pháp đếm xung nên mỗi khi sản phẩm đi qua băng chuyền thì cần có mạch để chuyển tín hiệu từ cảm biến thành dạng xung.Ta goi phần nay la mạch điều chế. Xung tao ra sẽ được đưa qua khối xử lý để tiến hành đếm sau đó số sản phẩm được hiển thị lên máy tính. Vì vi điều khiển sử dụng mức logic TTL còn máy tính thì được thiết kế cổng COM theo chuẩn RS232 nên để giao tiếp giữa vi điều khiển và máy tính chúng ta cần có một mạch để chuyển đổi mức tín hiệu. Từ đó ta có sơ đồ khối như sau: II Tìm hiểu về các khối chức năng 1/ Khối cảm biến và điều chế a/Cảm biến hồng ngoại - Cảm biến hồng ngoại sử dụng một cặp LED thu/phát hồng ngoại - LED phát sẽ phát ra tia hồng ngoại khi được cấp dòng - LED thu khi không có ánh sáng hồng ngoại chiếu vào thì có điện trở rất lớn.Ánh sáng hồng ngoại có cường độ càng mạnh thì điện trở của LED thu càng nhỏ 2 Cảm biến và điều chế Xử lý và tính toán Chuyển đổi mức tín hiệu Hiển thị lên LCD Đại học Công Nghiệp Hà Nội Lớp Cơ Điện Tử 2 K3 LED phát LED thu R 1 I N _ T H - + U 2 A L M 3 5 8 3 2 1 84 R 2 R 3 V C C D 1 L E D V R 1 U 3 1 2 4 3 Mạch thu phát - Biến trở VR1 sẽ được điều chỉnh đẻ tạo điện áp so sánh vào chân 2. - Led D1 dùng để báo cho ta biết mức logic của đầu ra 7. 2/ Khối xử lý và tinh toán Trong khối này chúng ta sử dụng vi điều khiển 89s52 để tính toán và hiển thị lên LCD. a. Giới thiệu cấu trúc phần cứng 89s52 a1) Sơ đồ chân 89s52: 8051 là họ vi điều khiển (Microcontroller) do hãng Intel sản xuất. 89s52 có đặc điểm như sau: - 8k byte ROM,256 byte RAM - 4 Port I/O 8 bit (32 chân xuất nhập) - 3 bộ đếm/ định thời 16 bit. - Giao tiếp nối tiếp song công hoàn toàn UART (full duplex UART) - 64k byte không gian bộ nhớ chương trình mở rộng. - 64k byte không gian bộ nhớ dữ liệu mở rộng. - Một bộ xử lý luận lý (thao tác trên các bít đơn). - 6 nguồn ngắt - Watch Dog Time (WDT) 3 Đại học Công Nghiệp Hà Nội Lớp Cơ Điện Tử 2 K3 Sơ lược về các chân của 8051 (89s52): a2/ Chức năng của các chân 8051: Port 0: từ chân 32 đến chân 39 (P0.0 _P0.7). Port 0 có 2 chức năng: trong các thiết kế cỡ nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường IO, đối với thiết kế lớn có bộ nhớ mở rộng nó được kết hợp giữa bus địa chỉ và bus dữ liệu. Port 1: từ chân 1 đến chân 9 (P1.0 _ P1.7). Port 1 là port IO dùng cho giao tiếp với thiết bị ngoài nếu cần. Port 2: từ chân 21 đến chân 28 (P2.0 _P2.7). Port 2 là một port có tác dụng kép dùng như các đường xuất nhập hoặc là byte cao của bus địa chỉ đối với các thiết bị dùng bộ nhớ mở rộng. Port 3: từ chân 10 đến chân 17 (P3.0 _ P3.7). Port 3 là port có tác dụng kép. Các chân của port này có nhiều chức năng, có công dụng chuyển đổi có liên hệ đến các đặc tính đặc biệt của 8051 như ở bảng sau : Bit Tên Chức năng chuyển đổi P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 RXD TXD INT0\ INT1\ T0 T1 WR\ Ngõ vào dữ liệu nối tiếp. Ngõ xuất dữ liệu nối tiếp. Ngõ vào ngắt cứng thứ 0. Ngõ vào ngắt cứng thứ 1. Ngõ vào TIMER/ COUNTER thứ 0. Ngõ vào của TIMER/ COUNTER thứ 1. Tín hiệu ghi dữ liệu lên bộ nhớ ngoài. 4 Đại học Công Nghiệp Hà Nội Lớp Cơ Điện Tử 2 K3 P3.7 RD\ Tín hiệu đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài PSEN (Program store enable): PSEN là tín hiệu ngõ ra có tác dụng cho phép đọc bộ nhớ chương trình mở rộng và thường được nối đến chân OE\ của Eprom cho phép đọc các byte mã lệnh. PSEN ở mức thấp trong thời gian 8051 lấy lệnh. Các mã lệnh của chương trình được đọc từ Eprom qua bus dữ liệu, được chốt vào thanh ghi lệnh bên trong 8051 để giải mã lệnh. Khi 8051 thi hành chương trình trong ROM nội PSEN ở mức cao. ALE (Address Latch Enable): Khi 8051 truy xuất bộ nhớ bên ngoài, Port 0 có chức năng là bus địa chỉ và dữ liệu do đó phải tách các đường dữ liệu và địa chỉ. Tín hiệu ra ALE ở chân thứ 30 dùng làm tín hiệu điều khiển để giải đa hợp các đường địa chỉ và dữ liệu khi kết nối chúng với IC chốt. Tín hiệu ở chân ALE là một xung trong khoảng thời gian port 0 đóng vai trò là địa chỉ thấp nên chốt địa chỉ hoàn toàn tự động. EA\ (External Access): Tín hiệu vào EA\ ở chân 31 thường được mắc lên mức 1 hoặc mức 0. Nếu ở mức 1, 8051 thi hành chương trình từ ROM nội. Nếu ở mức 0, 8051 thi hành chương trình từ bộ nhớ mở rộng. Chân EA\ được lấy làm chân cấp nguồn 21V khi lập trình cho Eprom trong 8051. RST (Reset): Khi ngõ vào tín hiệu này đưa lên mức cao ít nhất 2 chu kỳ máy, các thanh ghi bên trong được nạp những giá trị thích hợp để khởi động hệ thống. Khi cấp điện mạch phải tự động reset. Các ngõ vào bộ dao động X1, X2: Bộ tạo dao động được tích hợp bên trong 8051. Khi sử dụng 8051, người ta chỉ cần nối thêm tụ thạch anh và các tụ. Tần số tụ thạch anh thường là 12 Mhz -mạch reset C 6 1 0 u F S W 2 R E S E T R S T R 2 1 0 K V C C -Mạch tạo dao động (89s52 có thể lấy tần số thạch anh từ 0 33Mhz) ở đây ta lấy tần số là 12 Mhz để hiện thị lên LCD 5 Đại học Công Nghiệp Hà Nội Lớp Cơ Điện Tử 2 K3 X 2 X 1 C 1 3 3 p F C 2 3 3 p F Y 1 1 2 M H z b/ Ngắt (interrupt) - 89s52 có 6 nguồn gây ngắt : ngắt ngoài 0,ngắt ngoài 1,ngắt timer 0,timer 1, timer 2,ngắt do port nối tiếp Vector ngắt và các cờ ngắt. 6 Đại học Công Nghiệp Hà Nội Lớp Cơ Điện Tử 2 K3 Chúng ta sử dụng ngắt ngoài 0 để đếm xung.Với phương pháp này,nếu sản phẩm đi qua băng tải khi vi điều khiển đang bận xử lý thì chúng ta vẫn đếm được.Do đó sẽ cho kết quả chính xác hơn. - Ngắt ngoài 0 lấy tín hiệu đầu vào là chân INT0 (P3.2).Có hai kiểu gây ngắt đó là ngắt theo mức “0“ và ngắt theo sườn âm.Khi có tín hiệu ngắt vào chân INT0 thì cờ IE0 được dựng lên yêu cầu phục vụ ngắt.IE0 được xóa bởi phần mềm. Có 2 thanh ghi điều khiển ngắt đó là: - Thanh ghi cho phép/cấm ngắt IE Bit Ký hiệu Địa chỉ bit Mô tả IE.7 EA AFH Cho phép / Cấm toàn bộ IE.6 _ AEH Không được mô tả IE.5 ET2 ADH Cho phép ngắt từ Timer 2 (8052) IE.4 ES ACH Cho phép ngắt port nối tiếp 7 Đại học Công Nghiệp Hà Nội Lớp Cơ Điện Tử 2 K3 IE.3 ET1 ABH Cho phép ngắt từ Timer 1 IE.2 EX1 AAH Cho phép ngắt ngoài 1 IE.1 ET0 A9H Cho phép ngắt từ Timer 0 IE.0 EX0 A8H Cho phép ngắt ngoài 0 Tóm tắt thanh ghi IE - Thanh ghi ưu tiên ngắt IP: - 2 bit IT0,IT1 nằm trong thanh ghi TCON dùng để chọn kiểu ngắt.IT0=0 cho ta kiểu ngắt theo mức “0”,IT0=1 cho ta kiểu ngắt theo sườn âm.Trong bài này ta sử dụng ngắt theo sườn âm.Code thiết lập ngắt : EA=EX0=1; // cho phep ngat 0 IT0=1; // ngat bang suon am c/ Timer 1 Chúng ta dùng timer 1 ở chế độ 2 (tự nạp lại 8 bít – auto- reload) Sơ đồ hoạt động của time 0 va 1 ở chế độ này là : Các thanh ghi điều khiển timer 1: Thanh ghi chọn chế độ TMOD : 8 Đại học Công Nghiệp Hà Nội Lớp Cơ Điện Tử 2 K3 Thanh ghi điều khiển TCON : Sử dụng phần mềm vẽ mạch altium 9 4/ Mạch nguyên lý 9 Đại học Công Nghiệp Hà Nội Lớp Cơ Điện Tử 2 K3 GND 1 VDD 2 VSS 3 RS 4 R/W 5 EN 6 D0 7 D1 8 D2 9 D3 10 D4 11 D5 12 D6 13 D7 14 A 15 K 16 LCD1 LCD 16x2A GND GND VCC VCC 220 R4 GND D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 RS RW EN VR2 10K T2/P1.0 1 T2 EX/P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RESET 9 RXD/P3.0 10 TXD/P3.1 11 INT0/P3.2 12 INT1/P3.3 13 T0/P3.4 14 T1/P3.5 15 WR/P3.6 16 RD/P3.7 17 XTAL1 18 XTAL2 19 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 P2.7/A15 28 PSEN 29 ALE/PROG 30 EA/VPP 31 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 IC2 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 1 2 HD1 D1 104pF C7 104pF C6 C4 10uF C5 10uF IN 1 GND 2 OUT 3 IC3 GND VCC LD2 270 R6 VCC 11.0592 X1 33 C2 33 C3 2 1 SW1 C1 10uF 10K R5 GND GND VCC 1 3 2 48 IC1A OP1 Optoisolator1 R2 1K 220 R3 GND VR1 10K VCC 270 R1 LD1 RS RW EN Mạch in 10 [...]... Chỉ đếm được các sản phẩm có khả năng che đươc ánh sáng hồng ngoại - Không chống được những nguồn nhiễu hồng ngoại * Hướng phát triển : - Thêm modun nút ấn cho mạch hoặc thiết kế phần mềm có thể cài đặt các thông số hiển thị lên LCD -Thiết kế thêm phần điều chế để có thể chống nhiễu cho cảm biến * Ứng dụng : Với các cải tiến vừa nêu trên sản phẩm hoàn toàn có khả năng đem vào ứng dụng trong thực tế sản. .. về sản phẩm 11 2 2 Đại học Công Nghiệp Hà Nội Lớp Cơ Điện Tử 2 K3 *Ưu điểm : Mạch đơn giản do hiển thị lên LCD và cảm biến hồng ngoại không có phần chống nhiễu (thu và phát ánh sáng hồng ngoại ở một tần số nào đó để chống nhiễu ).Do đó mạch rẻ tiền và dễ làm *Nhược điểm : - Mạch không có giao tiếp với cac phím nhấn nên không đặt được giá trị cần đếm ban đầu (chi đếm được từ 0) hoăc giá trị dừng đếm. .. P2=0xff; RS=0; RW=1; do { EN=1; delay(80); EN=0; x=P2; x=x&0x80; } while(x==0x80); } void write_command(unsigned char LCD_ command) { busy_flag(); P2 =LCD_ command; RS=0; RW=0; EN=1; delay(80); EN=0; delay(80); } void write_data(unsigned char LCD_ data) { busy_flag(); if (LCD_ data!='\n') { P2 =LCD_ data; } else { write_command(0xC0); return; } RS=1; RW=0; EN=1; 13 Đại học Công Nghiệp Hà Nội Lớp Cơ Điện Tử 2 . bộ đếm sản phẩm dùng cảm biến hồng ngoại I Giới thiệu về mạch và sơ đồ khối Mạch sử dụng cảm biến hồng ngoại để đếm sản phẩm đi qua một vị trí cô định trên băng truyền. Mạch đếm sản phẩm bằng. các khối chức năng 1/ Khối cảm biến và điều chế a /Cảm biến hồng ngoại - Cảm biến hồng ngoại sử dụng một cặp LED thu/phát hồng ngoại - LED phát sẽ phát ra tia hồng ngoại khi được cấp dòng - LED. hiện đề tài: Đếm sản phẩm bằng cảm biến hồng ngoại hiển thị lên LCD Mục đích của đề tài hướng đến: tạo ra bước đầu cho sinh viên thử nghiệm những ứng dụng của kĩ thuật vi điều khiển trong thực