thiết kế mạch đếm sản phẩm công nghiệp và hiển thị trên các led 7 đoạn

Bộ nhớ chương trình gồm 1 phần là các Application section... Mỗi một Timer/Couter có cách hoạt động và phương pháp điều khiển riêng không giống nhau... Linh kiện quan

Trang 1

LỜI NÓI ĐẦU.

Ngày này cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kĩ thuật, ngành điện tử có bước phát triển rất manh trong công cuộc ứng dụng trong đời sống, sản xuất công nghiệp, quản lý, giải trí…Do đó mà việc nắm bắt những kiến thức, công nghệ của kĩ thuật điện tử có vai trò to lớn giúp cho ta ứng dụng và phát triển được nhiều thứ có ích đối với cuộc sống

Xuất phát từ quá trình tìm hiểu về các dây chuyền sản xuất công nghiệp trong thực tế, bằng những kiến thức đã học trên ghế nhà trường và thực tiến em đã nắm bắt được công nghệ tự động hoá trên các dây chuyền sản xuất công nghiệp.Một trong những khâu mà em thấy khá là quan trọng đó là tự động đếm sản phẩm việc này rất quan trọng trong việc kiểm kê số lượng hàng hoá Việc này là khá dễ để lắp đặt với những dây chuyền sản xuất hiện đại Tuy nhiên công nghệ sẽ phức tạp hơn với những doanh nghiệp vừa và nhỏ sẽ khó khăn cho việc ứng dụng công nghệ và vẫn dùng nhân công cho việc này Dó đó mà bằng những kiến thức của em đã học được trên ghế nhà trường và với những thực tiễn đã tìm hiểu được em đi đến đề tài

đó là “thiết kế mạch đếm sản phẩm công nghiệp và hiển thị trên các Led 7 đoạn”

có khả năng ứng dụng được và có thể được nhân rộng ra thực tiễn

Mô hình mạch đếm sản phẩm của em gồm 2 bộ phận quan trọng đó là

- Mạch cảm biển quang dùng để phát hiện sản phẩm

- Khổi vi điều khiển và hiển thị dùng để chứa chương trình và hiển thị kết quả đếm

- Ngoài ra nó còn có băng truyền, động cơ phụ tải

Em xin cám ơn thầy Thạc sĩ Ngô Xuân Hường đã hướng dẫn và giúp đỡ em rất nhiều trong việc thiết kế, những gì thầy hướng dẫn đã giúp em rất nhiều trong quá trình làm đồ án Với khả năng và kiến thức của mình để thiết kế được mô hình này

sẽ có vẫn nhiều thiếu sót rất mong nhận được sự đóng góp từ các thầy cô

LỜI CAM ĐOAN

Trang 2

Em xin cam đoan nhưng kiến thức trong quá trình làm đồ án là những gì

em tìm hiểu và chắt lọc được trong quá trình nghiên cứu và tham khảo một số đồ án các khoá trước không sao chép từ bất kì nguồn nào, nếu sửdụng lại những kiến thức của người khác tuyệt đối tôn trọn bản quyền sáng tác của tác giả bằng những lời trích dẫn nếu không thì là được nêu trong danh mục tài liệu tham khảo

Sinh viên: Trương Tất Sơn

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

Trang 3

CHƯƠNG I: CÁC MÔ HÌNH MẠCH ĐẾM XUNG TRONG THỰC TẾ VỚI

KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG……… …… 2

1.1 Mô hình mạch đếm sản phẩm theo cách sử dụng Sensor………2

1.1.1 Mạch đếm sử dụng cảm biến quang………2

1.1.2 Mô hình mạch đếm dùng cảm biến hồng ngoại…….………… …….4

1.2 Mô hình mạch đếm sản phẩm theo cách sử dụng IC………6

1.2.1 Mạch đếm sản phẩm sử dụng họ Chíp vi xử lý ATMEGA………… 6

1.2.2 Mạch đếm sản phẩm sử dụng họ chíp 8051……… 7

1.2.3 Mạch đếm sử dụng IC chức năng……….………9

1.3 Mô hình mạch đếm dựa theo cách hiển thị ……… ………10

1.3.1 Mô hình hiển thị bằng các thanh LED 7 đoạn……… ……….10

1.3.2 Mô hình đếm hiển thị bằng LCD……….………11

1.3.3 Mô hình mạch đếm hiển thị trên Ma trận LED………11

CHƯƠNG 2 ĐÁNH GIÁ CÁC MÔ HÌNH, XÂY DỰNG Ý TƯỞNG, CHON LỰA MÔ HÌNH ĐẾM SẢN PHẨM CÔNG NGHIỆP……… 13

2.1 Đánh giá các mô hình đếm đối với yêu cầu thực tiễn là bài toán đếm sản phẩm trong sản xuất công nghiệp……… …… ….13

2.1.1 Những yêu cầu của mạch đếm sản phẩm công nghiệp trong thực tế sản xuât……….………… 13

2.1.2 Đánh giá các mô hình mạch hình mạch đếm sử dụng sensor các loại, lựa chọn sensor cho yêu cầu bài toán……….13

2.1.3 Đánh giá các mô hình sử dụng IC các loại và lựa chọn IC…………14

2.1.4 Đánh giá các mô hình hiển thị các loại và chọn cách hiển thị…… 14

2.2 Ý tưởng thiết kế mạch đếm sản phẩm công nghiệp……… 14

2.2.1 Yêu cầu đáp ứng ý tưởng đối với mạch đếm sản phẩm công nghiệp 14

2.2.2 Y tưởng thiết kế, lên phương án làm mạch………15

2.3 Lựa chọn mô hình cho việc thiết kế mạch đếm sản phẩm công nghiệp đáp ứng yêu cầu của ý tưởng……… 16

Trang 4

2.3.1 Lựa chọn chíp vi xử ly……….16

2.3.2 Lựa chọn cảm biến và mạch hiển thị…….……… …18

CHƯƠNG III THIẾT KẾ MÔ HÌNH MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM CÔNG NGHIỆP……….… …19

3.1 Thiết kế phần mạch nguyên lý cho mô hình đếm sản phẩm công nghiệp……… …19

3.1.1 Khối cảm biến quang……….… ….…20

3.1.2 Khối nguồn điện cấp cho mạch……….……… …23

3.1.3 Khối Vi xử lý……… …… …25

3.1.4 Khối hiển thị………,,……… …26

3.1.5 Nguyên lý hoạt động của mạch đếm sản phẩm……….…28

3.2 Thiết kế chương trình cho mô hình mạch đếm sản phẩm…….………29

3.2.1 Xây dựng sơ đồ thuật toán cho mạch đếm sản phẩm………29

3.2.2 Xây dựng Code chương trình của mạch đếm sản phẩm………… …30

3.2.3 Thực hiện việc chạy thử chương trình của mạch đếm trên mô phỏng 40

3.3 Thiết kế mạch in cho mô hình mạch đếm sản phẩm công nghiệp……41

3.3.1 Mạch nguồn cung cấp cho mạch đếm……….…….…….41

3.3.2 Mạch cảm biến quang……….….….42

3.3.3 Mạch vi xử lý và hiển thị……….….…42

3.4 Tiến trình rửa mạch và hàn mạch đo đạc đánh giá các thông số của mạch đếm sản phẩm công nghiệp……….…43

3.4.1 Tiến hành rửa mạch……… 43

3.4.2 Tiến hành hàn linh kiện……… … 43

3.4.3 Đo đạc các thông số và đánh giá khả năng hoạt động của mạch…….45

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐƯỢC DÙNG TRONG ĐỀ TÀI.

Trang 5

Số hình Nội dung Số

trang1.1 Mạch sử dụng cảm biến là cảm biến hồng ngoại 21.2 Mạch đếm sử dụng sensor là cảm biến hồng ngoại 4

1.5 Mô hình mạch đếm bằng IC chức năng 74LS90 91.6 Hình ảnh và tên các thanh led trong led 7 đoạn hiển thị số 10

3.1 Sơ đồ nguyên lý của mô hình mạch đếm sản phẩm công

nghiệp

20

3.2 Cấu tạo và đồ thị đặc tuyến Vol-Ampe của phototransistor 21

3.4 Sơ đồ nguyên lý của khối nguồn cung cấp cho mạch đếm 23

3.6 Sơ đồ nguyên lý khối vi xử lý mạch đếm sản phẩm 25

3.9 Sơ đồ thuật toán của mạch đếm sản phẩm 293.10 Giao diện của chương trình C viết trên Codevision AVR 303.11 Thiết lập chiều xuất nhập dữ liệu của các Port 323.12 Thiết lập các Timer/Couter trên ATMEGA8 băng CodeAVR 333.13 Mô phỏng của chương trình trên phần mêm proteus 403.14 Sơ đồ layout của khối nguồn sử dụng LM2576 413.15 Sơ đồ mạch in của khối nguồn sử dụng LM2576 413.16 Sơ đồ mạch in của mạch cảm biến quang 423.17 Sơ đồ layout của mạch vi xử lý và hiển thị 423.18 Sơ đồ mạch in của mạch vi xử lí và hiển thị 43

Trang 6

DANH MỤC CÁC BẢNG ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI

3.1 Bảng thông số các giá trị linh kiện được sử dụng trong

mô hình mạch đếm

45

Trang 7

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thật thì ngành công nghiệp điện tử cũng đang phát triển một cách vượt bậc theo đó là sự phát triển của công nghệ vi xử lý Ngày nay công nghệ vi xử lý đã đạt lên tầm cao mới với những chíp vi xử lý có nhiều lõi với tốc độ xử lý cỡ Ghz/s kèm theo đó là độ rộng dữ liệu cỡ 32bit, 64bit được dùng trong các máy vi tinh cấp cao Tuy nhiên để ứng dụng trong các mạch chức năng, những ứng dụng cơ bản không cần tốc độ xử lý nhanh các chíp vi điều khiển có độ rộng dữ liệu 8 bit vẫn còn được sử dụng rộng rãi và được ứng dụng rất nhiều trong thực tế Cụ thể trong nội dung đề tài nghiên cứu này ta sẽ dành thời gian nghiên cứu về ứng chíp vi xử lý 8 bit trong mô hình mạch đếm sản phẩm côngnghiệp

Chương trình được viết trên vi xử lý phục vụ cho mạch đếm sản phẩm cơ bản nhất phaỉ đáp ứng một số yêu cầu cơ bản sau

Phát hiện ra sự thay đổi mức logic được lấy từ tín hiệu ra từ cảm biến quang Kích cờ tràn trong bộ đếm couter0 tạo 1 sự kiện ngắt couter để đếm và hiển thị trênLED7

Phát hiện ra các switch được ấn để tăng giảm hiện thị số cài đặt

Mạch đếm sản phẩm cho ta khả năng thiết lập số sản phẩm cần đếm cho trước sau khi đếm được bằng đó sản phẩm thì mạch đếm sẽ đếm lại từ đầu

Do đó Chương trình trên vi xử lý cũng phải phát hiện được thời điểm số đếm được bằng số đếm được cài đặt trước sau đó sẽ tự động reset đếm lại từ đầu

Trang 8

CHƯƠNG I: CÁC MÔ HÌNH MẠCH ĐẾM TRONG THỰC TẾ VỚI KHẢ

NĂNG ỨNG DỤNG CỦA CHÚNG.

Mô hình chung của tất cả các mô hình mạch đếm sản phẩm có thể hoạt động được đều có 3 khối chức năng chính đó là:

o Khối cảm biến dùng để nhận diện mỗi khi có 1 sản phẩm đi qua

o Khối vi xử lý hoặc IC chức năng dùng để lập trình mọi hoạt động của mạch đếm

o Khối hiển thị dùng để hiển thị kết quả mạch đếm

1.1 Mô hình mạch đếm theo cách sử dụng Sensor.

1.1.1 Mạch đếm sử dụng cảm biến quang.

Sơ đồ nguyên lý của cảm biến.

Hình 1.1: Mạch sử dụng cảm biến là cảm biến hồng ngoại

Trang 9

Trong mạch trên sử dụng 1 Led dùng để phát ánh sáng màu có bước sóng từ 0.36

µm đến 0.72 µm Một phototransistor dùng để thu ánh sáng phát được đặt đối diện với Led phát sao cho mặt tiết diện của thấu kính của phototransistor nhận được cường độ chùm sáng mà LED phát đưa tới là lớn nhất Khoảng cách của Led phát và phototransistor phụ thuộc vào cường độ chùm sáng của Led phát, độ nhạy sáng tại cực B để hở của phototransistor và giá trị chiết áp được điều chỉnh trong phạm

vi nào

Nguyên lí hoạt động của cảm biến.

Nguyên lí cơ bản của mạch dùng sensor cảm biến hồng ngoại đó là:

Khi không có sản phẩm đi qua toàn bộ ánh sáng phát ra từ LED phát sẽ đi qua thấu kính và tập trung tại cực B của phototransistor làm phát sinh các cặp điện tử và lỗ trống giữa tiêp giáp B-E tạo ra dòng điện gọi là dòng quang thông Khi mà

BE thông càng nhiều dẫn dến điện áp ra trên VCE càng lớn Do đó mà sụt áp trên VCE càng nhiều dẫn đến điện áp vào chân âm của bộ so sánh càng nhỏ Tại đây điệnáp ra từ cực C của Phototransistor được so sánh với điện áp phân áp được đưa vào chân dương của bộ so sánh Do đó mà điện áp đưa vào chân số 3 càng nhỏ khi mà nhỏ hơn điện áp phân áp tai chân 2 thì đầu ra của bộ so sánh tại chân 1 sẽ xuất ra mức điện áp là 0V để đưa tới khối vi điều khiển nó sẽ tương ứng với mức logic thấp

Ngược lại khi có vận cản đi qua khoảng không gian giữa LED phát và

phototransistor khí đó thì vật cản sẽ che ánh sáng chiếu từ Led tới photptransistor dẫn đến tiếp giáp BE không xuất hiện dòng quang thông, do vậy mà dẫn đến sụt áp trên VCE nhỏ, điện áp được đưa vào chân âm của bộ so sánh lớn và được so sánh với điện áp phân áp đưa vào chân dương Điện áp chân âm lớn hơn chân dương dẫnđến điện áp ra của bộ so sánh có giá trị >3V tương ứng mới mức logoc cao

Trong mạch ta sử dụng 1 chiết áp để điều chỉnh điện áp so sánh vào chân dương của bộ so sánh qua đó ta có thể điều chỉnh được độ nhạy của cảm biến

Trang 10

Đánh giá khả năng hoạt động của mô hình dùng cảm biến loại này.

Do là mô hình dùng cảm biến quang tương đối đơn giản do chỉ dùng Led phát, Transistor quang, bộ so sánh nên rất dễ thực hiện, chi phí thấp Muốn tăng khoảng cách và độ nhạy của cảm biến ta chỉ cần dùng led phát có công suất lớn,

phototransistor có độ nhạy cao

Nhược điểm của cảm biến loại này là rất dễ chịu nhiễu từ ánh sáng bên ngoài Biện pháp khử nhiễu duy nhất là giảm tác động từ ánh sáng bên ngoài (nơi đặt cảm biến đặt trong điều kiện bóng tối) hoặc là thực hiện cách tang khoảng cách cừa nêu

1.1.2 Mô hình mạch đếm dùng cảm biến hồng ngoại.

Sơ đồ nguyên li cảm biến:

Hình 1.2: Mạch đếm sử dụng sensor là cảm biến hồng ngoại

Ở mạch cảm biến hồng ngoại người ta dùng một Led phát hồng ngoại là Led phát ra ánh sáng ở dải sóng mắt người không nhìn thấy được do đó mà nó ít khi bị nhiểu bởi ánh sáng môi trường Led phát và Led thu hồng ngoại có thể được đặt

Trang 11

cạnh nhau hoặc đối diện với nhau Độ nhạy của cảm biến phụ thuộc vào công xuất bức xạ của led phát hồng ngoại.

Led thu hồng ngoại có đặc điểm là bình thường thì nội trở của nó rất lơn cỡ KΩ nhưng khi bị tia hồng ngoại chiếu vào là nội trở của nó rất nhỏ Lợi dụng đặc điểm đó mà người ta xây dựng nên sensor hồng ngoại

Nguyên lý hoạt động của cảm biến như sau:

Khi không có sản phẩm đi qua toàn bộ tia phát xạ hồng ngoại từ led phát hồng ngoại sẽ tới led thu, khi đó nội trở led thu sẽ giảm xuống nhanh chóng điện áp ở trên điện trở R2 sẽ là.V3= Vcc*R2/(Rled+R2) do đó mà khi Rled giảm mạnh thì điện áp V3 đưa vào chân dương bộ so sánh có giá trị lớn hơn so với điện áp tại chiết áp VR đưa tới chân 2 do đó mà đầu ra bộ so sánh sẽ cho ra điện áp 4- 5V tương ứng với mức logic cao tới vi xử lí

Khi có sản phẩm đi qua led phát và thu khi đó nó sẽ che đi toàn bộ tia phát xạ từ led phát hồng ngoại tới led thu hồng ngoại do đó mà nội trở của led thu có nội trở lớn Điện áp trên trở R2 sẽ giảm Điện áp đưa tới chân dương của bộ so sánh sẽ có giá trị nhỏ hơn điện áp từ chiết áp tới chân âm.kết quả là đầu ra bộ so sánh có điện áp là 0V tương ứng với mức logic thấp

Có thể điều chỉnh độ nhạy của cảm biến bằng chiết áp VR

Đánh giá khả năng hoạt động của mô hình dùng cảm biến loại này.

Mạch dùng cảm biến hồng ngoại cũng như cảm biến quang dễ thực hiện do chỉ cần cặp led phát hồng ngoại và thu hồng ngoại với một bộ so sánh Tín hiệu ra ổn định không bị nhiễu bởi các nguồn sáng môi trường

Nhược điểm của sensor loại này là rất ít

1.2 Mô hình mạch đếm theo cách sử dụng IC.

Trong các mạch đếm sản phẩm vi xử lý hay IC có vai trò đầu não dùng cho người thiết kế có thê lập trình hoạt động của mạch đếm theo đúng ý tưởng của mình và quan trọng trong việc điều khiển mọi hoạt động của mạch Có nhiều loại vi

Trang 12

xử lý và IC khác nhau có thể lập trình lên một mạch đếm Dựa vào việc dùng các họ vi xử lý nào hay IC nào cũng có thể tạo lên mô hình một mạch đếm.

1.2.1 Mạch đếm sử dụng họ Chíp vi xử lý ATMEGA.

Dòng chíp ATMEGA có đặc điểm đó là:

Hình 1.3 Hình ảnh của chíp vi xử lý ATMEGA8

1 Có nhiều ngõ xuất nhập dữ liệu ( POTR I/O) theo hai hướng, cụ thể ở chíp ATMEGA 8 có 3 port A,B,C

2 Các bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự – số có độ phẩn giải tới 10 bít, nhiều kênh ADC

3 Bộ nhớ flash có thể lập trình được và có thể lập trình lại được nhiều lần vơi dung lượng lớn Bộ nhớ SRAM lớn Có thêm bộ nhỡ EEPROM

4 ATMEGA có xung nguồn nội bộ lên tới 8MHz, ngoài ra có thể sử dụng xungngoài tối đa 16 MHz

5 Có các cổng timer/couter 8 bít, 16 bít tích hợp PWM

6 “Giao tiếp nối tiếp USART tương thích với chuẩn RS232”

7 “Giao diện nối tiếp two-wỉe-serial (tương thích với chuẩn I2C) Mastẻ và Slaver

8 “Giao diện nối tiếp Serial Peripheral Interface (SPI)”

Ưu điểm của họ vi xử lý ATMEGA.

Trang 13

“So với các chip vi điều khiển 8 bits khác, AVR có nhiều đặc tính hơn hẳn, hơn cả trong tính ứng dụng (dễ sử dụng) và đặc biệt là về chức năng:

1 Gần như chúng ta không cần mắc thêm bất kỳ linh kiện phụ nào khi sử dụngAVR, thậm chí không cần nguồn tạo xung clock cho chip (thường là các khối thạchanh)

2 Thiết bị lập trình (mạch nạp) cho AVR rất đơn giản, có loại mạch nạp chỉ cầnvài điện trở là có thể làm được một số AVR còn hỗ trợ lập trình on – chip bằngbootloader không cần mạch nạp…

3 Bên cạnh lập trình bằng ASM, cấu trúc AVR được thiết kế tương thích C

4 Nguồn tài nguyên về source code, tài liệu, application note…rất lớn trêninternet.”

5 Giup đỡ cho người lâp trình rất nhiều bằng công cụ lập trình CovisionAVR

Hạn chế khi sử dụng họ vi xử lý ATMEGA

Hạn chế duy nhất khi sử dụng Họ vi xử lý ATMEGA đó là giá thành của chíp vi xử lý nó giá thành đắt hơn rất nhiều so với con chíp vi xử lý khác cùng cấu hình đó là họ nhà ATMEGA đã tích hợp rất nhiều thứ bên trong con vi xử lý đồng thời giúpđỡ cho người lập trình rất nhiều

1.2.2 Mạch đếm sử dụng họ chíp 8051.

Họ chíp vi xử lý 8051 cũng là họ vi xử lý được sản xuất bởi Atmel Nó là bộ vi xử lý 8 bít với cấu trúc tập lệnh được đơn giản hoá

Trang 14

Hình 1.4: Hình ảnh của chíp vi xử lý AT89S52.

Đặc điểm chung của họ vi xử lý 8051

1 Dung lượng bộ nhớ của RAM nội là 128 byte

2 Có tất cả 4 port xuất nhập dữ liệu 2 chiều

3 Các bộ định thời là các bộ định thời 16 bit

4 Tuỳ theo từng dòng vi xử lý mà nó có từ 4,8,12,20 Kbyte bộ nhớ Flash có khả năng ghi xoá nhiều lần

5 Có khả năng giao tiếp truyền dữ liệu nối tiếp

6 “Có thể mở rộng không gian nhớ dữ liệu ngoài 64 Kbyte (bộ nhớ RAM ngoài)”

7 “Có thể mở rộng không gian nhớ chương trình ngoài 64 Kbyte (bộ nhớ ROM ngoài)”

8 “210 bit truy xuất tới từng bit”

Trong họ vi xử lý8051 thì chíp vi xủa lý 89S52 là chíp vi xử lý được dùng nhiều để viết chương trình Một số ưu điểm có nó như

1 Gía thành rẻ Giá thành của một chíp 89S52 chỉ có 16 nghìn

2 Hộ trợ nạp chương trình bằng cách nạp nối tiếp cho tốc độ nạp chương trình rất nhanh so với các chíp 8051 khác

Trang 15

Tuy nhiên nếu so với vi xử lý ATMEGA nó có hạn chế như:

1 Phải dùng một dao động thạch anh ngoài

2 Việc lập trình không được hỗ trợ nhiều bằng chíp ATMEGA Lập trình cho Họ 8051 hay sử dụng phần mềm Keli C

1.2.3 Mạch đếm sử dụng IC chức năng.

Mô hình mạch đếm này sử dụng 2 con IC đó là IC chốt để hiển thị trên Led 7 đoạn là LS7447 và IC 74LS90

Hình 1.5 Mô hình mạch đếm bằng IC chức năng 74LS90

Nguyên lý hoạt động của mạch này như sau:

Xung từ cảm biến đưa tới được đưa vào chân CkA của IC74LS90 thứ nhất

Mỗi khi có sản phẩm đi qua sẽ có xung clock đưa tới IC thứ nhất IC sẽ bắt đầu đếm hàng đơn vị Khi mà IC 1 đếm xong hàng đơn vị sẽ xuất mức logic cao ra chânQ3 đưa tới CkA của IC2 và IC2 sẽ bắt đầu đếm hàng chục

Đặc điểm của mô hình đếm kiểu này đó là mạch đếm đơn giản, dễ thực hiện, không cần phải lập trình Chi phi linh kiện rẻ Tuy nhiên chỉ có thể áp dụng cho mô

Trang 16

hình đếm đơn giản, dải hiện thị ít Khi yêu cầu số lượng đếm lớn sẽ cần rất nhiều các IC chức năng, khi đó thiết kế mạch sẽ phức tạp, chi phí linh kiện sẽ cao hơn nhiều

1.3 Mô hình mạch đếm dựa theo cách hiển thị

1.3.1 Mô hình hiển thị bằng các thanh LED 7 đoạn.

Hình 1.6: Hình ảnh và tên các thanh led trong led 7 đoạn hiển thị số

Trong mô hình này việc hiển thị được hiển thị trên các LED 7 đoạn Với những

mô hình hiển thị kiểu này thì có các ưu điểm đó là:

1 Hiển thị rõ dàng, trực quan, rõ nét và xó thể quan sát được ở xa, mọi vị trí Khoảng cách quan sát quyết định bởi kích thước của LED 7

2 Gía thành để mua các LED 7 rất rẻ và đa dạng chủng loại, hích cỡ trên thi trường

3 Việc lập trình chương trình trên LED 7 đơn giản hơn nhiều so với việc lập trình trên các thiết bị hiển thị khác

Tuy nhiên việc hiển thị trên LED 7 có những mặt hạn chế đó là chỉ hiển thị đượccác chữ số không hiển thị được các chữ cái

Trang 17

1.3.2 Mô hình đếm hiển thị bằng LCD.

Hình 1.7: Hình ảnh một màn hình LCD 16*2Việc hiển thị trên màn LCD ó các đặc điểm sau:

1 Hiển thị được các kí tự trong bảng mã ASCII do đó mà cho hiển thị kết quả một cách phong phú hơn nhiều

2 Có thể linh hoạt thay đổi vị trí hiển thị trên màn hình

3 Nhược điểm của việc hiển thị khiểu này đó là màn LCD có kích thước bé hơn LED nhiều, không có cỡ lớn, phức tạp cho lập trình hơn LED 7, chi phí cao hơn LED 7

1.3.3 Mô hình mạch đếm hiển thị trên Matrận LED.

Ma trận Led bao gồm có nhiều loại với kích thước như: 5*7, 9*15,8*8…

Hình 1.8: Ma trân LED có kích thước 8*8

Với những mô hình hiển thị trên ma trân LED có đặc điểm như sau

1 Có thể hiển thị được tất cả chữ cái, kí tự, symbol mà do người dùng

Trang 18

lập trình để hiển trị trên nó

2 Khả năng hiển thị rất sắc nét, nhiều kích cỡ.người quan sát có khả năng quansát rõ dàng

3 Nhược điểm của việc hiển thị này đó là chi phí cho Led matrix đắt hơn so vớiviêc sử dụng LED 7 Việc lập trình cho led đòi hỏi người viết chương trình phải mất công sức

CHƯƠNG 2 ĐÁNH GIÁ CÁC MÔ HÌNH, XÂY DỰNG Ý TƯỞNG, CHỌN

LỰA MÔ HÌNH ĐẾM SẢN PHẨM CÔNG NGHIỆP.

Trang 19

2.1 Đánh giá các mô hình đếm đối với yêu cầu thực tiễn là bài toán đếm sản

phẩm trong sản xuất công nghiệp.

2.1.1 Những yêu cầu của mạch đếm sản phẩm công nghiệp trong thực tế sản xuất.

Thực tế trong sản xuất công nghiệp việc đếm sản phẩm yêu cầu những yêu cầu sau:

1 Việc hiển thị cho người quan sát chỉ cần hiển thị các số, hiển thị cần rõ dàng Có thể cần những thiết bị hiển thị cỡ lớn

2 Cảm biến phải có độ nhạy cao do các sản phẩm trên băng truyền di chuyển khá khít nhau vì vậy rất dễ sảy ra hiện tượng đếm kép, đép thiếu và tối ưu nhất trong việc chống các nhiễu tác động trong sản xuất công nhiệp như tiếng ồn, nguồn sáng khác…

3 Việc lập trình cho chương trình đếm và xử lí đếm sản phẩm phải dễ dàng và dễ dàng thay đổi cho các mục đích khác nhau

4 Chi phí cho việc lăp đặt một mô hình đếm sản phẩm phải có giá cả phải chăng nhất

2.1.2 Đánh giá các mô hình mạch đếm sử dụng sensor các loại, lực chọn sensor cho yêu cầu bài toán.

Như đã nói ở trên việc lựa chọn cảm biến đầu tiên ta phải quan tâm tới vấn đề độnhạy và tránh nhiễu bên cạnh đó cũng phải để ý tới tính chi phí và tính phổ biến trong ứng dụng của nó

Hai mô hình cảm biến đã nêu trên là cảm biến quang và cảm biến hồng ngoại Trong sản xuất công nghiệp với sự tham gia của các nhân công là con người, con người trong quá trình lao động rất dễ phát sinh ra các tia hồng ngoại một người thì sẽ không dáng kể gì gây nhiễu hồng ngoại nhưng nhiều nhiều người sẽ gây ra một nhiễu đáng kể cho cảm biến lại này vì vậy mà phương pháp tối ưu cho cảm biến là dùng cảm biến quang nơi đặt cảm biến phải được đặt trong bóng tối, nghĩa là trên

Trang 20

dây chuyền sản xuất sẽ thiết kết 1 hòm để che sáng bên ngoài và đặt cảm biến trongđó Bên cạnh đó thì cảm biến quang rất dễ làm, linh kiện tìm dễ dàng và chi phí rẻ.

2.1.3 Đánh giá các mô hình sử dụng IC các loại và lựa chọn IC

Yêu cầu đối với IC điều khiển là lập trình dễ dàng, có thể xuất được dữ liệu hiển thị trên dải rộng

Ta nhận xét rằng với những mô hình sử dụng các IC chức năng 74LS90 để chốt và đếm đối với việc đếm và hiển thị số lượng sản phẩm sẽ sử dụng rất nhiều IC đếm do đó dẫn đến việc thiết kế mạch gặp rắc rối cũng như chi phí linh kiện sẽ tănglên

Đối với viêc hiện thị dải rộng ta lên lựa chọn việc đếm và hiển thị bằng chip vi xử lý là tối ưu nhất

2.1.4 Đánh giá các mô hình hiển thị các loại và chọn cách hiển thị.

Việc hiển thị thông báo trong việc đếm sản phẩm công nghiệp không cần quá phức tạp do việc hiển thị chỉ là hiển thị số Do đó mà việc lựa chọn hiển thị bằng các LED 7 đoạn là tối ưu nhất Có thể ta sử dụng các led cỡ lớn để hiển thị kết quả

2.2 Ý tưởng thiết kế mạch đếm sản phẩm công nghiệp.

2.2.1 Yêu cầu đáp ứng ý tưởng đối với mạch đếm sản phẩm công nghiệp.

Mạch đếm sản phẩm được thiết kế phải đáp ứng được các yêu cầu sau:

1 Yêu cầu cơ bản của mạch đếm sản phẩm công nghiệp đó là nhận tín hiệu từ cảm biến, mỗi lần nhận tín hiệu từ cảm biến là phải đưa ra chỉ báo cho phần hiển thị tăng lên một đơn vị đếm

2 Các yêu cầu mở rộng của mạch đếm như là: Sử dụng hai hàng Led 7 một hànghiển thị kết quả cài đặt số sản phẩm cần đếm cho trước, một hàng Led 7 hiển thị kếtquả số lượng sản phẩm đang đếm Khi hàng Led hiển thị kết quả với hàng Led cài đặt số đếm bằng nhau thì led hiển thị kết quả quay trở lại 0 và đếm lại từ đầu

3 Yêu cầu về động cơ và băng chuyền: Mô hình sử dụng 2 động cơ Động cơ chính dùng để tái băng chuyển chính, băng chuyền này hoạt động liên tục khi được

Trang 21

cấp nguốn điện Động cơ phụ dùng để tải băng chuyền phụ đặt vuông góc với băng chuyền chình Khi số sản phẩm đếm được bằng với số cài đặt trên Led sau 1-2 s thì băng chuyền này sẽ hoạt động và chỉ hoạt động trong 1 s với mục đích đưa tất cả các sản phẩm đã đếm đủ số lượng được cất trong hộp đặt sẵn trên bang chuyền phụ tới tay công nhân đóng hộp.

2.2.2 Y tưởng thiết kế, lên phương án làm mạch.

Để đáp ứng được yêu cầu trên thì cần phải lên các phương án thiết kế mô hình của mạch đếm, băng chuyền, vị trí đặt động cơ…

Trong mạch đếm sản phẩm công nghiệp sử dụng 2 hàng LED 7 mỗi hàng Led 7 gồm 3 Led đơn dùng để hiển thị các số trong dải từ 0 đến 999

Về cảm biến,cảm biến phải được đặt đối diện trên băng chuyền và không được cao hơn chiều cao của sản phẩm

Về nguồn điện Do phải tải băng chuyền hoạt động liên tục, tải băng chuyền sinh

ra công suất lớn do đó mà cần nguồn điện riêng cấp cho động cơ có giá trị lớn hơn giá trị nguồn điện cấp cho mạch đếm Việc cấp điện cho động cơ băng chuyền phải được cấp điện áp 12V

Việc đặt 2 băng chuyền ráp nhau phải được sắp xếp hợp lý, tính toán theo tốc độ thực tế của băng chuyền khi dựng lên Việc này chỉ có thể thực hiện khi dựng xong

mô hình

Có thể xây dựng thêm phương án truyền số liệu từ mạch đếm lên dữ liệu của máy tính để lưu trữ số liệu phục vụ cho công tác thu tập dữ liệu về một nguồn duy nhất

2.3 Lựa chọn mô hình cho việc thiết kế mạch đếm sản phẩm công nghiệp đáp ứng yêu cầu của ý tưởng.

2.3.1 Lựa chọn chíp vi xử lý.

Như đã nêu trên thì việc chọn lưa mô hình đếm bằng vi xử lý sẽ giúp việc thiết mạch đếm sản phẩm bớt rắc rối hơn và hiện thị được trên dải rộng Một số ưu điểm

Trang 22

của họ ATMEGA và cụ thể là ATMEGA8 sẽ giúp cho việc viết chương trình cho mạch trở nên dễ dàng hơn.

2.3.1.1 Một số đặc điểm của chíp vi xử lý ATMEGA8:

Chíp vi xử lý ATMEGA8 là 1 chíp vi xử lý độ dài dữ liệu 8 bit được sản xuất bởiAMTEL với một số đặc điểm sau:

- Tốc độ tối xử lý tối đa: 16MHz

- Khả năng lưu trữ của bộ nhớ FLash: 8 KB

- Độ rộng của bộ nhớ EEPROM: 512 Byte

- Dung lượng của bộ nhớ RAM: 1 KB

- Bao gồm 3 timer 2 timer 8 bit và 1 timer 16 bit

- Chế độ chuyển đổi ADC: 6 kênh độ phân giải tối đa 10 bit

- Hỗ trợ Giao tiếp: TWI (I2C), UART, SPI

- Điện áp hoạt động:

Atmega8L: 2.7V – 5.5V

Atmega8: 4.5V – 5.5V

2.3.1.2 Tổ chức bên trong của chip vi xử lý ATMEGA8.

Bộ nhớ chương trình: Là bộ nhớ có khả năng ghi và xoá được bằng điện do đó

nó có khả năng lập trình Bộ nhớ chương trình gồm 1 phần là các Application section Application section bao gồm 2 phần: một là các instruction (đây là nơi chứa các mã lệnh) và hai là các vector ngắt (interrupt vector), các vector ngắt có địachỉ nằm ở phần đầu Application section (0x0000), các instruction có địa chỉ ngay sát sau

Bộ nhớ dữ liệu (datamemory): Ở đây bao gồm các thanh ghi với chức năng rất

quan trọng của chip ATMEGA8 dùng cho công cuộc lập trình

Bộ nhớ dữ liệu gồm có các phần chính sau:

Thanh ghi Register file (RF):Trong ATMEGA8 bao gồm có 32 thanh ghi RF,

thanh ghi RF có độ dài 8 bít bắt đầu từ địa chỉ 0x0000 đến 0x001F

Trang 23

Thanh ghi xuất nhập(I/O Register): Bao gồm 64 thanh ghi xuất nhập nằm ngay

sau register file còn được gọi là vùng nhớ Input/Output đây là cổng giao tiếp giữa

vi điều khiển và bộ nhớ ngoài (Memory) và thiết bị ngoại vi(I/0) và cũng là nơi là nơi chứa tất cả các thanh ghi trạng thái, thanh ghi điều khiển của bộ vi xử lý

RAM ngoại (external SRAM): RAM ngoại là bộ nhớ tạm thời lập trình được

chip ATMEGA8 cho ta có thể thêm các RAM ngoài để chứa biến, vùng này thực

chất chỉ tồn tại khi nào ta gắn thêm bộ nhớ ngoài vào chip

EEPROM (Electrically Ereasable Programmable ROM) : là một phần quan

trọng của các chip ATMEGA8 mới, vì là ROM nên bộ nhớ này không bị xóa ngay

cả khi không cung cấp nguồn nuôi cho chip, rất thích hợp cho các ứng dụng lưu trữ dữ liệu

Thanh ghi Trạng thái: Thanh ghi này trong vùng nhớ I/O có địa chỉ I/O là

0x003F và địa chỉ bộ nhớ là 0x005F là một trong số các thanh ghi quan trọng nhất của ATMEGA8

2.3.1.3 Timer/Couter trên chip ATMEGA8.

Timer/Counter (T/C) hoạt động riêng rẽ không liên quan gì đến với CPU T/C cóchức năng là nó sẽ tạo ta 1 khoảng thời gian và bắt đầu đếm nó Trong Chíp

ATMEGA 8 có 3 bộ đếm định thời đó là T/C0, T/C1, T/C2 Trong đó T/C0 và T/C2 có độ dài 8 bít, T/C1 có độ dài 16 bít Mỗi một Timer/Couter có cách hoạt động và phương pháp điều khiển riêng không giống nhau

Timer/Counter 0 (T/C0): T/C0 là bộ đếm khá đơn giản, đơn giản nhất trong số 3

bộ đếm Nó có độ dài 8 bít và chỉ có một chế độ hoạt động bao gồm 2 chức năng cơbản đó là tạo 1 khoảng thời gian cho trước và bắt đầu đếm sự kiện

Timer/Counter1 (T/C1): T/C1 là bộ đếm phức tạp có độ rộng 16 Bit với nhiều

chức năng nhất trong số 3 bộ đếm của ATMEGA8 Ngoài chức năng cơ bản là tạo

1 khoảng thời gian và đếm nó như T/C0, bộ T/C 1 này còn được dùng trong việc

Trang 24

tạo ra xung điều rộng PWM dùng trong các mạch có khiển động cơ bước Tín hiệu PWM được lấy trên các chân OC1A (chân 15) và OC1B (chân 16)

Timer/Counter2 (T/C2): T/C2 có độ trộng 8 bit giống như T/C0 nhưng nó không

đơn giản như T/C0 nó có đến 4 chế độ hoạt động như T/C1, ngoài ra điểm đặc biệt

của T/C2 là nó còn được sử dùng như một chế độ canh chỉnh thời gian cho các ứng dụng thời gian thực (chế độ asynchronous)

2.3.2 Lựa chọn cảm biến và mạch hiển thị.

Để đáp ứng các yêu cầu đề ra trong ý tưởng thiết kế và tối ưu ý tưởng đó Cảm biến được lựa chọn trong mô hình đếm sản phẩm công là cảm biến quang và mạch hiện thị là hiển thị trên các LED 7 đoạn

CHƯƠNG III THIẾT KẾ MÔ HÌNH MẠCH ĐẾM SẢN PHẨM CÔNG

NGHIỆP.

3.1 Thiết kế phần mạch nguyên lý cho mô hình đếm sản phẩm công nghiệp.

Việc thiết kế phần mạch cho mô hình được thực hiện trên phần mềm vẽ mạch nguyên lý và mạch in Altium designer

Sơ đồ khối của mạch đếm sản phẩm.

Khối Cảmbiến

Khối Vi xử Lý Khối hiển thị

Trang 25

Sơ đồ nguyên lý của mạch đếm sản phẩm.

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý của mô hình mạch đếm sản phẩm công nghiệp

3.1.1 Khối cảm biến quang.

Linh kiện quan trọng được sử dụng trong khôi cảm biến quang bao gồm: Phototransistor và Bộ khuếch đại so sánh

Trang 26

3.1.1.1 Phototransistor

Quang transistor có cấu tạo cũng giống như trasistor lưỡng hạt thông thường gồm các cực B C E nhưng cực B để hở Quang transistor có một thấu kính trong suốt để thu và tập trung ánh sáng vào tiếp giáp P-N giữa E và B

Khi cực B để hở, Tiếp giáp BE được phân cực thuận chút ít do các dòng điện rỉ và tiếp giáp BC được phân cực ngược nên transistor ở vùng tác động

Vì tiếp giáp CB được phân cực nghịch nên có dòng rỉ Ico chạy giữa cực C và cực

B Vì cực B bỏ trống, tiếp giáp BE được phân cực thuận chút ít nên dòng điện cực

C là Ico(1+β) Đây là dòng tối của quang transistor.) Đây là dòng tối của quang transistor

Hình 3.2 Cấu tạo và đồ thị đặc tuyến Vol-Ampe của phototransistor

Khi có ánh sáng chiếu vào mối tiếp giáp BC thì làm xuất hiện của các cặp điện tử và lỗ trống làm phát sinh một dòng điện Iλ do ánh sáng nên dòng điện cưc C trở thành: IC=(β) Đây là dòng tối của quang transistor.+1)(Ico+Iλ)

Thấy rằng, trong quang transistor, cả dòng tối lẫn dòng chiếu sáng đều được nhân lên (β) Đây là dòng tối của quang transistor.+1) lần so với quang diod nên dễ dàng sử dụng hơn Đặc tuyến vol-ampe giống như đặc tuyến của transistor thường mắc theo kiểu cực E chung

Có nhiều loại quang transistor như loại một transistor dùng để chuyển mạch dùng trong các mạch điều khiển, mạch đếm… loại quang transistor Darlington có độ nhạy rất cao Ngoài ra người ta còn chế tạo các quang SCR, quang triac…

Trang 27

3.1.1.2 Khuếch đại thuật toán LM358.

“LM358 là bộ khuếch đại thuật toán kép công suất thấp, bộ khuếch đại này có ưuđiểm hơn so với các bộ khuếch đại thuật toán chuẩn trong các ứng dụng dùng nguồn đơn Chúng có thể hoạt động ở nguồn điện áp thấp từ 3V hoặc cao đến 32V, với dòng tĩnh khoảng 1/5 dòng tĩnh của MC1741 Trong nhiều ứng dụng, dải điện áp lối vào đồng pha gồm cả nguồn âm, do đó có thể loại trừ sự cần thiết của các thành phần thiên áp bên ngoài trong nhiều ứng dụng Dải điện áp lối ra cũng có thể bao gồm nguồn điện áp âm.” ( Nguồn – Vi mach LM358 và các ứng dụng)

Các đặc trưng của IC LM358:

1 Công suất cực máng thấp, công suất tiêu tán thấp

2 Có 2 bộ khuyếch đại thuật toán đó là khuếch đại kênh A và B bên trong IC, có độ lợi cao

3 Có khả năng ghép nối với nhiều loại dạng mạch logic

4 Các chân lối ra tương thích với khuếch đại thuật toán kép phổ biến

MC1558

Hình 3.3 Bộ khuếch đại thuật toán LM358N

Định dạng
Số trang	55
Dung lượng	3,73 MB