Thiết kế hệ thống đo kích thước sản phẩm

Thiết kế hệ thống đo kích thước sản phẩm

Thời gian thực hiện : 11 tuần

Tên đề tài:

“Thiết kế hệ thống đo kích thước sản phẩm ”

Yêu cầu : - Sử dụng cảm biến siêu âm SRF05

- Hoạt động : dải đo kích thước sản phẩm rộng

+ Khi hoạt động đo có tính ổn định và tính chính xác cao

+ Để bắt đầu ấn nút START

- nút stop : dừng toàn bộ hệ thống tại thời điểm bất kỳ

Nội dung cần hoàn thành:

1. Tìm hiểu về động cơ điện một chiều,

2. Tìm hiểu về vi điều khiển

3. Phân tích, xác định yêu cầu của đề tài

4. Phân tích, lựa chọn kết cấu cho mô hình, thiết kế và chế tạo mạch điều khiển cho bàn đo phôi

5. Tìm hiểu về cảm biến siêu âm SRF05

6. Lập kế hoạch và thực hiện các báo cáo theo đúng tiến độ

Quyển thuyết minh và các bản vẽ, file mềm mô tả đầy đủ nội dung của đề tài

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hưng Yên, ngày tháng năm 2012 Giảng viên :

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại của công nghiệp phát triển các thiết bị và máy móc tự động xuất hiện ngày càng nhiều thay thế dần sức lao động của con người trong các công việc nặng nhọc và nguy hiểm Vì vậy chúng em đã được giao đề tài thiết

kế chế tạo bàn đo phôi tự động dùng cảm biến siêu âm

Do kinh nghiệm chưa nhiều, kiến thức chuyên môn chưa thực sự sâu nên

đồ án của chúng em không thể tránh khỏi những thiếu xót Chúng em rất mong được sự đóng góp của thầy cô cùng các bạn sinh viên để đề tài của chúng em được hoàn thiện hơn

Hưng yên tháng 11 năm 2012

Nhóm sinh viên thực hiện

PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Tổng quan

Ngày nay việc ứng dụng tự động hóa vào trong công nghiệp ngày càng được

sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực trong đề tài chúng em nghiên cứu chế tạo bàn đo phôi tự động sử dụng sóng siêu âm

Đặc điểm của đề tài

- An toàn và hiệu quả

- Giúp sinh viên có khả năng nghiên cứu và làm việc độc lập cũng như theo nhóm

1.3Phương pháp nghiên cứu

- Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của vi điều khiển PIC18f4431

- Tìm hiểu về nguyên lý phát sóng siêu âm và cấu tạo của cảm biến siêu âm SRF05

1.4 Kết quả dự kiến

- Sản phẩm phải có tính ổn định cao khi hoạt động

- Kết quả đo chính xác theo mong muốn <=2mm

- An toàn cho người vận hành

1.5 Mở rộng đề tài

- Tiếp tục nghiên cứu để sản phẩm có độ chính xác cao hơn

- Kết hợp đo 2 hoặc 3 chiều của phôi

- Phát triển ứng dụng vào trong thực tế

PHẦN II:NỘI DUNG CHÍNH

CHƯƠNG I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 Vi điều khiển PIC18F4431A

1.1.1 Giới thiệu về vi điều khiển PIC 18F4431A

Vi điều khiển PIC của microchip là một sự lựa chọn rất tốt cho các đội

robocon do những tính năng vượt trội của nó so với các loại vi điều khiển khác như bộ nhớ flash lớn và có nhiều modul như : PWM, ADC,Timer, ngắt đặc biệt với sự hỗ trợ của trình dịch như CCS C và bằng việc viết bằng ngôn ngữ C người lập trình sẽ rất mềm rẻo trong việc khai triển thuật toán Hiện nay trên thị trường có khá nhiều dòng vi điều khiển PIC.VD: pic16f877, pic16f84, pic16f828, PIC18F4x31…vv

Đánh giá các dòng PIC

- Dòng PIC nhiều chân nhất là dòng PIC18Fxxxx, có những số chân lên đến

80 chân

- Dòng PIC ít chân nhất là dòng PIC10Fxxx, chỉ có 6 chân

- Dòng PIC phổ biến nhất là dòng PIC16F877A (đủ mạnh về tính năng,40 chân, bộ nhớ đủ cho hầu hết các ứng dụng thông thường)

- Dòng PIC hỗ trợ giao tiếp USB là dòng PIC18F2550 và PIC18F4550

- Dòng PIC điều khiển động cơ mạnh nhất là dòng PIC18F4x31

Hình 1.1: Vi điều khiển PIC 18F4431Kết Luận:

Qua phân tích các loại dòng vi điều khiển, chúng em đã lựa chọn vi điều khiển loại PIC18F4431chuyên dụng điều khiển động cơ với các ưu điểm nổi bật

so với các loại vi điều khiển khác:

Dung lượng bộ nhớ lớn hơn: PIC18F4431 có 16 Kbyte Flash nội trú bên trong, trong khi đó họ 80C51 chỉ có 4Kbyte Trong bộ nhớ dữ liệu RAM, PIC18F4431 có vùng RAM mở rộng gồm 768 Byte , 256 byte EPROM

PIC18F4431 có 3 bộ Timer/Counter

2 module Capture/Compare/PWM (CCP)

9 kênh chuyển đổi ADC 10bit

Đặc biệt PIC18F4431 modul control power PWM (14 bit) từ pwm0 đến Pwm7 sử dụng rất đơn giản và linh hoạt cho việc điều xung (rất thuận tiện cho mạch điều khiển động cơ sử dụng phương pháp PWM để điều chỉnh tốc độ động cơ)

1.1.2Những Đặc điểm của PIC18F4431

- 33 Đầu vào ra output ,input

- 14-Bit Power Control PWM Module:

+ Có 4 kênh (mỗi kênh gồm 1 cặp xung đối nghịch)

+Thời gian dead time linh hoạt

+ Update từng duty cycle => ngõ ra PWM đáp ứng nhanh

- Motion Feefblack Module

+ Có 3 kênh capture độc lập:

• Các chế độ hoạt động linh hoạt cho việc đo đạc độ rộng xung

• Module hỗ trợ Hall sensor + Quadrature encoder interface:

• Pha vào và 1 ngõ vào index từ encoder

• Hỗ trợ đo đạc vận tốc

• High speed, 200Ksps 10 bit A/D converter+ Có 9 kênh A/D

+ 2 kênh lấy mẫu tức thời

+ Lấy mẫu lien tục:1, 2 hay 4 kênh lựa chọn

- Flexible Oscillator structure :

+ 2 modul capture /compare/pwm ( CCP)

• Capture 16 bit độ phân giải tối đa 6.25 ns (Tcy/6)

• Compare 16 bit , độ phân giải tối đa 100ns(Tcy)

• PWM output: độ phân giải từ 1 ->10 bit+ Modul USART :

• Hỗ trợ RS -485,RS-232 và LIN1.2

• Auto weak-up on start bit

• Auto-Bound detect +RS232 sử dụng khối dao động nội( không cần thạch anh ngoài)

- Là CPU sử dụng tập lệnh RISC và có tốc độ xử lý cao và công suất nhờ

sử dụng công nghệ CMOS FLASH/EFPROM

- Trang bị đến 34 ngắt với8 cấp độ ngắt

- 5 port I/O

- Trang bị 3 bộ định thời, 1 bộ 8 bit, 2 bộ 16 bit

- 2 modul Capture/compare/pwm

- Bộ chuyển đổi 10 bít ADC với tốc độ 5 ->10 us

- Cổng serian đồng bộ với chế độ SPI và I2C (master/slaver) thực hiện bằng phần cứng

- Chế độ truyền nhận động bộ /bất đồng bộ với 9 bit địa chỉ kiểm tra

- Cổng song song (PSP) 8 bit

- Các chế độ định địa chỉ trực tiếp, gián tiếp, tướng đối

- Cho phép đọc/ghi bộ nhớ chương trình

- Có chế độ bảo vệ mã lập trình

- Chế độ SLEEP (tạm nghỉ) để tiết kiệm điện năng

- Cho phép chọn lựa chế độ dao động(nội , ngoại)

Được sản xuất với nhiều loại khác nhau với cùng 1 mã vi điều khiển, tùy thuộc số tính năng được trang bị them, các kiểu đế cắm: PDIP(40 chân),PLCC

và QFP(cùng 44 chân)

1.2 Giới thiệu về cảm biến SRF05

Cảm biến SRF05 là một loại cảm biến khoảng cách dựa trên nguyên lý thu phát siêu âm Cảm biến gồm một bộ phát và một bộ thu sóng siêu âm Sóng siêu âm

từ đầu phát truyền đi trong không khí, gặp vật cản (vật cần đo khoảng cách tới)

sẽ phản xạ ngược trở lại và được đầu thu ghi lại Vận tốc truyền âm thanh trong không khí là một giá trị xác định trước, ít thay đổi Do đó nếu xác định được khoảng thời gian từ lúc phát sóng siêu âm tới lúc nó phản xạ về đầu thu sẽ quy đổi được khoảng cách từ cảm biến tới vật thể Cảm biến SRF05 cho khoảng cách đo tối đa lên tới 3-4 mét

SRF05 có thể thiết lập cách hoạt động thông qua các chân điều khiển MODE Nối hoặc không nối chân MODE xuống GND cho phép cảm biến được điều khiển thông qua giao tiếp dùng 1 chân hay 2 chân IO

1.2.1.Sơ đồ chân.

Hình 2.3: Sơ đồ chân SRF05

1.2.3 Các chế độ của SRF05

SRF05 là một bước tiến hóa từ SRF04, và đã được thiết kế để tăng tính linh hoạt, phạm vi tăng, và giảm chi phí hơn nữa Như vậy, SRF05 là hoàn toàn tương thích với các SRF04 Phạm vi được tăng lên từ 3 mét đến 4 mét Một chế

độ điều hành mới (buộc các pin chế độ với mặt đất) cho phép các SRF05 sử dụng một pin duy nhất cho cả hai kích hoạt và echo, do đó tiết kiệm chân có giá trị trên bộ điều khiển của bạn Khi chế độ pin còn lại không có liên quan, SRF05 hoạt động với kích hoạt riêng biệt và chân vang vọng, như SRF04 SRF05 bao gồm một sự chậm trễ nhỏ trước khi xung phản hồi để cung cấp cho bộ điều khiển chậm, như Stamp cơ bản và thời gian Picaxe để thực hiện mạch của họ trong các lệnh

Chế độ1: Kích hoạt riêng biệt và Echo

Chế độ này sử dụng kích hoạt riêng biệt và chân vang vọng, và là chế độ đơn giản nhất để sử dụng Tất cả các ví dụ mã cho SRF04 sẽ làm việc cho SRF05 trong chế độ này Để sử dụng chế độ này, chỉ cần để pin chế độ không có liên quan SRF05 có kéo bên trong điện trở trên chân này

Hình 1.4: Chế độ1: Kích hoạt riêng biệt và Echo

Chế độ này sử dụng một pin duy nhất cho cả hai tín hiệu Trigger và Echo, và được thiết kế để tiết kiệm chân có giá trị trên bộ điều khiển nhúng Để sử dụng chế độ này, kết nối pin chế độ cho các pin mặt đất 0v Các tín hiệu phản hồi sẽ xuất hiện trên pin giống như các tín hiệu kích hoạt SRF05 sẽ không làm tăng dòng phản hồi cho đến 700uS sau khi kết thúc của tín hiệu kích hoạt Bạn có lâu

để chuyển pin kích hoạt xung quanh và làm cho nó một đầu vào và có xung đo

mã đã sẵn sàng Lệnh PULSIN được tìm thấy trên các bộ điều khiển phổ biến

thực hiện điều này tự động

Hình 1.5: Chế độ 2 - Kích hoạt cả hai và Echo

Dòng làm việc max Id từ 23A 33A tùy vào nhiệt độ môi trường cao hay thấp

Kích dẫn áp +-20v

Thời gian trễ turn on ( 11ns) và turn off ( 39ns)

Tần số chuyển mạch cực đại là 1Mhz

-Tác dụng : cách li điều khiển giữa 2 tầng mạch điện khác nhau

-Mục đích : nếu có sự cố từ tầng ứng dụng như cháy ,chập , tăng áp thì cũng không làm ảnh hưởng tới tầng điều khiển

1.3.3 IC7805 , IC7812

Hình 1.8 :Hình ảnh IC ổn áp 7805

IC7805,7812 có tác dụng gim điện áp ở ngưỡng 5v và 12v

1.3.4 Giới thiệu về LCD

Text LCD là loại màn hình tinh thể lỏng nhỏ dùng để hiển thị các dòng chữ hoặc số trong bảng mã ASCII Không giống các loại LCD lớn, Text LCD được chia sẵn thành từng ô và ứng với mỗi ô chỉ có thể hiển thị một ký tự ASCII Mỗi ô của text LCD bao gồm các “chấm” tinh thể lỏng, việc kết hợp “ẩn

và hiện” các chấm này sẽ tạo thành một ký tự cần thiết hiển thị trên một dòng và tổng số dòng mà LCD có

Hình 1.9: Màn hình LCD16x2

Hình 1.10:Kết nối LCD

Chân 1 và chân 2 là các chân nguồn, được nối với GND và nguồn 5V Chân 3

là chân chỉnh độ tương phản, chân này cần được nối với 1 biến trở chia áp như hình vẽ trong khi hoạt động, chỉnh để thay đổi giá trị biến trở để đạt được độ tương phản cần thiết, sau đó giư mức biến trở này Các chân điều khiển RS, R/W, EN và các đường dữ liệu được nối trực tiếp với vi điều khiển Tùy theo chế

độ hoạt động 4bit hay 8 bit mà các chân từ D0 đến D3 có thể bỏ qua hoặc nối với vi điều khiển

1.3.5Động cơ DC

Hình 1.11 :Đông cơ DC

Phương pháp điều khiển : Thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi áp cấp

vào cho động cơ

CHƯƠNG 2 : SƠ ĐỒ MẠCH VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

2.1 Sơ đồ mạch

2.1.1 Sơ đồ mạch điều khiển

Hình 3.1: Khối điều khiển trung tâm

Nguyên lý hoạt động của mạch trên mạch là mạch điều khiển trung tâm sử dụng

vi điều khiển PIC18F4431 khối tín hiệu điều khiển và công tắc hành trình được nối vào cổng A được nối sẵn lên 5V qua trở treo 10k để khi chưa có tín hiệu điều khiển thì vi điều khiển luôn nhận mức 1 khi có tín hiệu thì vi điều khiển về mức 0 nhận tín hiệu từ bên ngoài

-; Khối nguồn là 2 nguồn 1 nguồn 5V cung cấp cho vi điều khiển và một nguồn 12V cung cấp cho khối công suất việc cách ly trên giúp tránh bị treo vi điều khiển khi động cơ hoạt động

-; Khối hiển thị được hiển thị trên LCD16X2 ở chế độ 4 bít

3.1.2 Sơ khối mạch công suất

Hình 2.2 :Mạch nguyên lý điều khiển động cơ

Hình 2.3 :Sơ đồ board mạch công suất

Sơ đồ khối điều khiển động cơ sử dụng cách ly quang PC817 để cách ly chống nhiễu từ động cơ và ULN2803 để khuếch đại và đảo tín hiệu điều chỉnh tốc độ

sử dụng van bán dẫn công suất IRFZ44 và đảo chiều bằng role

Hình 2.3: File mô phỏng chương trình

Hình 2.4 :Bàn đo phôi khi đo xong và hiển thị kết quả

Hình 2.5 :Bàn đo ở chế độ chờ

Hình 2.6 :Hình ảnh tổng quát của sản phẩm

2 Chương trình và lưu đồ thuật toán

2.1.1 Thuật toán điều khiển

#include <lcd_lib_4bit.c>

#define TRIGGER pin_C3// chan phat song sieu am D0 D1

//chan ECHO nhan tin hieu ve noi vao RC2

#BIT START = PORTA.4

#BIT STOP = PORTE.0

#BIT CHIEU1= PORTB.2

#BIT CHIEU2= PORTB.0

void tinh_toan (int16 x);

void tinh_toan (int16 x)

{

nghin=x/1000 +0x30;

x=x%1000;

tram=x/100 +0x30;

x= x%100;

chuc=x/10 +0x30;

donvi=x%10;

lcd_putchar (nghin); delay_us (10);

lcd_putchar (tram); delay_us (10);

lcd_putchar (chuc); delay_us (10);

lcd_putchar (donvi); delay_us (10);

IF (START ==0) GOTO NHAN2;

ELSE GOTO NHAN1;

LCD_PUTCHAR ("DA DO XONG ");

Phần III : Kết luận và hướng phát triển của đề tài

- Từ việc tìm hiểu,nghiên cứu và thiết kế thành công đề tài này chúng em đã hiểu hơn rất nhiều về cách thiết kế mạch điện trong thực tế,VĐK PIC và các ứng dụng của nó

- Từ việc hoàn thành đề tài này chúng em có thể độc lập nghiên cứu và phát triển những sơ đồ mạch khác được ứng dụng từ VĐK PIC trong cuộc sống

- Tăng độ chính xác cho thiết bị đo và có thể tính toán được diện tích cấu kiện

Tài liệu tham khảo

www.picvietnam.comwww.dientuvietnam.net

KẾT LUẬN