phát hiện 3 màu red blue green bằng module tcs3200 hiện thị lên máy tính

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại cảm biến khác nhau, sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, trong đó có cảm biến phân biệt màu TCS3200.. Việc phân biệt màu sắc bằng cảm biến đan

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU

KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1

ĐỀ TÀI : PHÁT HIỆN 3 MÀU RED-BLUE-GREEN BẰNG MODULE

TCS3200 HIỆN THỊ LÊN MÁY TÍNH

SVTH : Nguyễn Văn Sỹ GVHD : Th.s Phạm Ngọc Hiệp

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến thầy PHẠM NGỌC HIỆP, thầy đã tận

tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án Trong thời gian làm việc với thầy, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích

mà còn học tập đư c tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá trình học tập và

công tác sau này

Sau cùng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên, đóng góp ý kiến và giúp đỡ trong quá trình học tâp, nghiên cứu và hoàn thành đồ

án này

PHỤ LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I : MODULE TCS3200 2

I: GIỚI THIỆU 2

II : CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 6

CHƯƠNG II : KẾT NỐI MODULE TCS 3200 VỚI CPU 9

I : PHẦN CỨNG 9

II : GIỚI THIỆU CẤU TRÚC PHẦN CỨNG HỌ MSC-51 (8951) : 9

III : MODULE USB TO UART CP2100 12

IV : SƠ ĐỒ KẾT NỐI 14

CHƯƠNG III : LẬP TRÌNH GIAO DIỆN HMI VÀ CODE CHIP 89S52 15

I : CODE CHIP 89S52 15

II: THIẾT KẾ GIAO DIỆN HMI 23

CHƯƠNG IV : THIẾT KẾ THI CÔNG PHẦN CỨNG 27

I: VẼ MẠCH NGUYÊN LÝ 27

II : VẼ MẠCH IN 28

III : SẢN PHẨM THỰC TẾ 29

CHƯƠNG V : KẾT LUẬN 30

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời buổi hiện nay, việc sử dụng cảm biến trở nên thiết thực hơn bao giờ hết, từ điện thoại di động, tivi, xe cộ, máy bay, máy móc dây chuyền sản xuất công nghiệp đều sử dụng cảm biến để đo lường và điều khiển

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại cảm biến khác nhau, sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, trong đó có cảm biến phân biệt màu TCS3200

Việc phân biệt màu sắc bằng cảm biến đang đư c rất nhiều người quan tâm,

có thể ứng dụng trong dây chuyền sản xuất công nghiệp với độ chính xác cao, thời gian làm việc dài giúp nâng cao năng suất giảm bớt nhân công lao động

Với mục đích đó, trong đề tài này, em sẽ đi nghiên cứu và chế tạo module phân biệt 3 màu sắc cơ bản RED-BLUE-GREEN Từ đó phát triển theo các ứng dụng thực tế với chi phí thấp, độ tin cậy cao

CHƯƠNG I : MODULE TCS3200 I: GIỚI THIỆU

Ánh sáng trắng là hỗn h p rất nhiều ánh sáng có bước sóng màu sắc khác nhau

Khi ta chiếu ánh sáng trắng vào một vật thể bất kì

Tại bề mặt vật thể sẽ xảy ra hiện tư ng hấp thụ và phản xạ ánh sáng

Ví dụ : Một vật thể có màu sắc đỏ khi đư c chiếu ánh sáng trắng thì những ánh sáng không nằm trong dải bước sóng màu đỏ sẽ bị vật thể hấp thụ

Còn ánh sáng có bước sóng nằm trong dải màu đỏ sẽ bị phản xạ ngư c trở lại Và khiến mắt ta nhận biết vật thể đó là màu đỏ

Dựa trên nguyên lý sự phản xạ , hấp thụ ánh sáng trắng của vật thể và sự phối chộn màu sắc bởi 3 màu cơ bản Blue,Green,Red

Hình 1.1 : Màu sắc bất kì đư c tổng h p từ 3 mầu cơ bản Blue,Green,Red

TCS3200 có cấu tạo là 4 bộ lọc photodiode Blue,Green,Red và clear để nhận biết màu sắc vật thể

Tần số ra lớn nhất khi ánh sáng chiếu vào cảm biến cùng loại photodiode

đƣ c chọn vì khi đó photodiode sẽ hấp thụ nhiều nhất

Hình 1.2 : Cảm biến TCS 3200

Hình bên dưới là bảng test quá trình chuyển đổi từ ánh sáng mà 4 loại

photodiode nhận đư c thành tần số:

Hình 1.1.5 : Bảng test quá trình chuyển đổi từ ánh sáng ra tần số

Với điều kiện test là ánh sáng có bước sóng λp = 470 nm(Dải màu Blue),

λp = 524 nm(dải màu Green),λp = 640 nm(dải màu Red) thì 4 bộ lọc photodiode sẽ cho ra tần số khác nhau

Tần số ra lớn nhất khi ánh sáng chiếu vào cảm biến cùng loại photodiode

đư cchọn vì khi đó photodiode sẽ hấp thụ nhiều nhất

Bản chất của 4 loại photodiode trên như là các bộ lọc ánh sáng có mầu sắc khác nhau

Có nghĩa nó chỉ tiếp nhận các ánh sáng có cùng màu với loại photodiode tương ứng và không tiếp nhận các ánh sáng có màu sắc khác

Hình 1.1.3 : Nguyên lý của bộ lọc photodiot

Việc lựa chọn 4 loại photodiode này thông qua 2 chân đầu vào S2,S3 :

Hình 1.1.4 : Chọn Photodiot

II : CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Cấu tạo cảm biến TCS3200 gồm 2 khối như hình vẽ phía dưới:

Hình 1.2.1 : Sơ đồ khối TCS3200 Khối đầu tiên là mảng ma trận 8x8 gồm các photodiode

• Bao gồm 16 photodiode có thể lọc màu sắc xanh dương (Blue),16

photodiode có thể lọc màu đỏ (Red),16 photodiode có thể lọc màu xanh lá(Green) và 16 photodiode trắng không lọc (Clear)

• Tất cả photodiode cùng màu đư c kết nối song song với nhau ,và

đư c đặt xen kẽ nhau nhằm mục đích chống nhiễu

Khối thứ 2 là bộ chuyển đổi dòng điện từ đầu ra khối thứ nhất thành tần số :

Hình 1.2.2 : Chọn Tần Số Xuất Ra

Tần số đầu ra có độ rộng xung 50% và tỉ lệ với ánh sáng có cường độ và mầu sắc khác nhau

Tần số đầu ra nằm trong khoảng 2Hz-500Khz

Ta có thể lựa chọn tỉ lệ tần số đầu ra ở các mức khác nhau như bảng trên cho phù h p với phần cứng đo tần số

Tính năng :

Chuyển đổi cường độ ánh sáng thành tần số có độ phân giải cao

Lập trình lựa chọn bộ lọc màu sắc khác nhau và dạng tần số xuất ra

Dễ dàng giao tiếp với vi điều khiển

Điện áp đầu vào 2.7-5.5V

Moudule Cảm biến mầu TCS3200 có 2 hàng jum để giao tiếp

S0,S1 : Đầu vào chọn tỉ lệ tần số đầu ra

S2,S3 : Đầu vào chọn kiểu photodiode

OE : Đầu vào cho phép xuất tần số ở chân OUT

OUT : Đầu ra là tần số thay đổi phụ thuộc cường độ và màu sắc

Ta quan tâm tới chận S2,S3 và chân OUT , các chân khác là giá trị mạc định

Hình 1.2.2 : Module TCS 3200

CHƯƠNG II : KẾT NỐI MODULE TCS 3200 VỚI CPU

II : GIỚI THIỆU CẤU TRÚC PHẦN CỨNG HỌ MSC-51 (8951) :

Đặc điểm và chức năng hoạt động của các IC họ MSC-51 hoàn toàn tương tự như nhau

Ở đây giới thiệu IC8951 là một họ IC vi điều khiển do hãng Intel của Mỹ

sản xuất

Các đặc điểm của 8951 đư c tóm tắt như sau :

• 8 kb EPROM bên trong

• 128 Byte RAM nội

• 4 Port xuất/nhập I/O 8 bit

• Giao tiếp nối tiếp

Sơ đồ khối của 89s51 :

Hình 2.1 : Sơ đồ khối 89s52

Sơ đồ chân 8951

Hình 2.2 : Sơ đồ chân 89s52

III : MODULE USB TO UART CP2100

Module này sử dụng chip CP2102 của hãng SILICON LABS Chip hỗ tr các loại

hệ điều hành phổ biến nhƣ: Win8, Win7, Vista, Server 2003, XP, Mac OS - X và các hệ điều hành phổ biến khác

Trên mạch có 6 cổng đầu ra: 3.3V DTR 5V Tx Rx Gnd Trong đó chân DTR đƣ c

sử dụng để reset vi điều khiển trong quá trình nạp

LED nguồn sáng khi gắn vô máy tính và LED báo hiệu Tx / Rx, LED này sẽ sáng khi module nhận, gửi dữ liệu

Hình 2.3 : module usb to uart

Mô tả chân như sau:

TXD: chân truyền dữ liệu UART, dùng kết nối đến chân Rx của các module khác, không kết nối trực tiếp đến mức của RS232

RXD: chân nhận dữ liệu UART, dùng kết nối đến chân Tx của các module khác, không kết nối trực tiếp đến mức của RS232

GND: chân mass hoặc nối đất

5V: nguồn điện áp dương (tối đa 500mA)

DTR: Chân reset để nạp cho vi điều khiển

3.3V: nguồn điện áp dương 3.3V

Máy vi tính nhận dữ liệu từ chíp hiện thị lên màn hình qua giao diện người dùng, đư c viết bằng Microsoft Visual Stdio 2013

MODULE USB TO UART CP2102 COMPUTER

CHƯƠNG III : LẬP TRÌNH GIAO DIỆN HMI VÀ CODE CHIP 89S52

RI = 0;

}}

/****************HÀM GỬI DỮ LIỆU LÊN MÁY TÍNH*********/

void send (unsigned int a)

/*/ 20 miligiay ngat timer 0 de tinh toan tan so */

void ngat_tran_timer0 (void) interrupt 1

void check_color_RED (void)

S3 = 0;

while (P1_0 ==0){} //cho chan Input co canh len

TR0 = TR2 = 1; //cho timer 0,timer1 chay de tinh toan tan so

delay_ms(30); //delay 30mili giay de cho cho timer ngat va tinh

tan so

F_Test_RED = tanso; //lay tan so timer vua tinh toan duoc vao bien luu gia tri tan so cua mau do}

void check_color_BLUE (void)

void check_color_GREEN (void)

/* so sanh gia tri tan so ung voi moi bo loc mau */

void Loc_Mau (void)

{

if ((F_Test_RED > F_Test_BLUE) &&(F_Test_RED > F_Test_GREEN))

//kiem tra co phai mau do khong

else // KHONG XAC DINH DUOC MAU

/* cai dat cho TCS2300 */

void setup_TCS3200 (void)

TMOD = 0x21; //mode 2, cuonter

TH1 = 0xFD; //xoa gia tri trong timer0

SCON = 0x50;

IE = 0x90; //ngat truyen thong

TR1 = 1;

TH0 = 0xB1;

TL0 = 0xE0; //20miligiay

T2CON = 0x02;

TH2 = 0;

TL2 = 0;

ET0 = 1; //cho phep ngat tran timer0

EX0 = 1; //cho phep ngat ngoai timer0

IT0 = 1; //ngat canh xuong

EA = 1; //cho phep ngat toan cuc

setup_TCS3200 (); //goi ham cai dat cho TCS3200

check_color_RED (); //Kien tra voi bo loc mau do

check_color_BLUE (); //Kien tra voi bo loc mau Xanh Lam

check_color_GREEN (); //Kien tra voi bo loc mauXanh Luc

Loc_Mau (); //So sanh Tan so Ung voi moi bo loc mau,xuat ra gia tri tuong ung

II: THIẾT KẾ GIAO DIỆN HMI

Sử dụng phần mềm microsoft visual stdio 2013 ngôn ngữ c# để thiết kế form hiện

thị màu lên trên máy tính

Yêu cầu :

 Kết nối on/off cổng com

 Truyền tín hiệu cho phép, không cho phép hoạt động xuống kit 89s52

 Nhận tín hiệu từ kit hiện thị màu sắc ra form

Hình 3.1 : microsoft visual stdio 2013

Hình 3.2 : Giao diện người dùng

Code Windown form :

Action< string > contro;

private void serialPort1_DataReceived( object sender,

CHƯƠNG IV : THIẾT KẾ THI CÔNG PHẦN CỨNG

I: VẼ MẠCH NGUYÊN LÝ

Sử dụng phần mềm protues 7 để thiết kế mạch nguyên lý bằng công cụ ISIS

Hình 4.1 : Mạch nguyên lý

II : VẼ MẠCH IN

Sử dụng phần mềm protues 7 để thiết kế mạch nguyên lý bằng công cụ ISIS

Hình 4.2 : Layout

Hình 4.3 : 3D view

Hình 4.4 : 3D view

III : SẢN PHẨM THỰC TẾ

Hình 4.5 : Sản phẩm

Đề tài này giúp em hiểu rõ hơn về giao tếp giữa vi điều khiển và module cảm biến ngoại vi , đồng thời hiểu rõ sự truyền nhận giữa máy tính với vi điều khiển, và biết cách thiết kế giao điện HMI trên máy tính

Đề tài này đã tổng h p đư c kiến thức của các môn học như: bộ môn kỹ thuật cảm biến, bộ môn vi điều khiển, bộ môn đo lường, và bộ môn lập trình

C#,giúp em làm quen với việc liên kết các môn học trong ứng dụng thực tế

Vì thời gian nghiên cứu có hạn nên đề tài chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong Thầy sửa chữa, hướng dẫn thêm

Hướng phát triển của đề tài là sẽ nghiên cứu ứng dụng vào dây chuyền sản xuất, ví dụ : dây chuyền sản xuất bút tô màu, giúp phân loại bút theo đúng màu quy định giảm thiểu nhân công ,tăng năng suất

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 Giao trinh Vi xu ly 1 - Nguyen Dinh Phu

 Ho vi dieu khien 8051 (Tong Van On)

 Lập trình cơ sở dữ liệu C#

 Datasheet TCS3200

 http://www.alldatasheet.com/datasheetpdf/pdf/454462/TAOS/TCS3200.html

 http://www.mediafire.com/?nd5gldxzafdybq5