Đề Tài Ứng Dụng Vi Điều Khiển Trong Cân Tự Động

TÓM TẮT Kỹ thuật vi xử lí vi điều khiển với tốc độ phát triển nhanh mang đến thay đổi to lớn khoa học công nghệ đời sống hàng ngày.nhờ kỹ thuật vi xử lí vi điều khiển mà máy móc trở nên thông minh hơn,thực công việc đòi hỏi độ xác cao,đem lại hiệu kinh tế cao… Ngày thị trường có nhiều loại cân điện tử dùng để định lượng khối lượng,nhưng loại cân thường có giá đắt dùng cho việc kiểm tra chủ yếu.Để ứng dụng loại cân điện tử vào trình sản xuất cần tự động hóa trình định lượng Được chấp nhận ban chủ nhiệm khoa khí & công nghệ trường Đại Học Nông Lâm TP HCM tiến hành thực đề tài:”ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN TRONG CÂN TỰ ĐỘNG” Những vấn đề đề tài cần giải là:  Chọn loadcell  Thiết kế mô hình máy (bàn cân)  Thiết kế bồn chứa liệu  Thiết kế mạch nguồn  Thiết kế mạch khuyếch đại tín hiệu  Thiết kế mạch hiển thị giá trị đo  Thiết kế mạch điều khiển động  Thực viết chương trình điều khiển Các kết đạt được: Bàn cân vững chắc,đảm bảo motor chạy để cấp liệu xả liệu bàn cân không bị rung nhiều kết qủa không bị ảnh hưởng rung động Mạch khuyếch đại hoạt động tốt,khả chống nhiễu cao Mạch điều khiển motor chạy ổn định Mạch hiển thị giá trị đo chạy tương đối ổn định,khả chống nhiễu cao Chương trình chạy ổn định Sinh viên thực Giảng viên hướng dẫn Phan Văn Thắng T.S Nguyễn Như Nam Chương MỞ ĐẦU Kỹ thuật vi xử lí với tốc độ phát triển nhanh mang đến thay đổi to lớn khoa học & công nghệ đời sống hàng ngày.Ngày nay,nhờ kỹ thuật vi xử lí vi điều khiển mà máy móc trở nên thông minh hơn,thực công việc nặng nhọc đòi hỏi độ xác cao,đem lại hiệu kinh tế cao… Các vi điều khiển thường nhỏ gọn có khả xử lý xác nhanh hoạt động phức tạp.Một hệ thống khí thường phức tạp trình xử lý hoạt động thường độ xác cao,nhưng hệ thống khí kết hợp với vi xử lý giải vấn đề tốt với độ xác cao hơn,có thể xử lý nhiều hoạt động phức tạp lúc Được chấp nhận ban chủ nhiệm khoa khí & công nghệ trường Đại Học Nông Lâm TP HCM,tôi tiến hành thực đề tài:”ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN TRONG CÂN TỰ ĐỘNG” Vì thời gian kiến thức có hạn nên luận văn tránh khỏi sai sót,rất mong có nhữg ý kiến đóng góp quí thầy cô bạn Sinh viên thực đề tài Phan văn Thắng MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI  Dựa tài liệu liên quan đến định lượng khối lượng,các tài liệu vi xử lý,vi điều khiển,đặc biệt tính chúng  Tìm hiểu nguyên lý loadcell  Kết hợp với phần khí nhằm tạo hệ thống cân sử dụng loadcell vi xử lý hiển thị nhằm mục đích:  Định lượng khối lượng cách xác  Tự động hóa trình sản xuất Dễ quan sát khối lượng thục trình định  lượng  Dễ điều khiển Giới hạn đề tài  Định lựơng tất sản phẩm có khối lượng nhỏ tải trọng tối đa loadcell.Tùy vào vật liệu cần định lượng mà thiết kế mô hình cân cách điều khiển cho phù hợp  Giới hạn đề tài,thiết kế cân dùng để định lượng nguyên liệu rời như:xi măng,bột trát tường loại hạt nông sản có kích thước nhỏ  Trong đề tài này,thiết kế cân phận hệ thống máy sản xuất bột trát tường.Cân dùng để định lượng trước đóng bao Chương TRA CỨU TÀI LIỆU 2.1 giới thiệu loadcell  Hiện thị trường có nhiều loại loadcell hãng sản xuất như:KUBOTA(Nhật),Global(Hàn Quốc)…mỗi loại loadcell chế tạo cho nhu cầu riêng biệt theo tải trọng chịu đựng(chịu kéo hay chịu nén).Tùy hãng sản xuất mà đầu dây có màu khác nhau,thường loadcell có dán catologue cách nối dây,hướng chịu lực tác dụng,điện áp ra…  Loadcell có nhiều hình dáng,tùy vào ứng dụng khác mà ta chọn loadcell có hình dáng khác  Thông số loadcell thường cho bảng Catologue loại,thường thông số tải:tải trọng danh định,điện áp ra,điện áp danh định,khoảng nhiệt độ hoạt động cho phép,…  Điện áp danh định loadcell thường nhỏ,ví dụ với điện áp danh định 2mV/V cung cấp nguồn 1V điện áp 2mV tương ứng với tải trọng tối đa  Tùy vào ứng dụng khác mà chọn loại loadcell có hình dạng thông số kỹ thuật khác nhau.Sau hình dạng số loại loadcell Hình 2.1 hinhg dáng số loại loadcell  Cấu tạo loadcell:  Cấu trúc loadcell  Loadcell thực chất cầu Wheatstone Hình 2.2: Cầu Wheatstone  Bộ phận loadcell điện trở mỏng loại dán.Tấm điện trở dùng để biến đổi điện áp nhỏ tương ứng với thay đổi điện trở 2.2 Tra cứu linh kiện điện tử 2.2.1 Vi điều khiển ATMEGA32  Atmega32 vi điều khiển thuộc họ AVR hãng Atmel,có 40 chân có 32 chân I/O,có kênh điều xung PWM,sử dụng thạch anh 8MHz  Nhân AVR kết hợp tập lệnh đầy đủ với 32 ghi đa Tất ghi liên kết trực tiếp với khối xử lý số học logic (ALU) cho phép ghi độc lập truy cập lệnh đơn chu kỳ đồng hồ Kết tốc độ nhanh gấp 10 lần vi điều khiển CISC thường  Dưới hình vẽ sơ đồ chân VĐK At mega32: Hình 2.3 :Sơ đồ chân Atmega32  At mega32 gồm có port :port A,port B,port C port D  Port A gồm chân từ PA0 đến PA7:là cổng vào tương tự cho chuyển đổi tương tự sang số.Nó cổng vào/ra hai hướng bít trường hợp không sử sụng làm cổng chuyển đổi tương tự,có điện trở nối lên nguồn dương bên trong.Port A cung cấp đường địa liệu vao/ra theo kiểu hợp kênh dùng nhớ bên  Port B gồm chân từ PB0 đến PB7:là cổng vào/ra hai hướng bít,có điện trở nối lên nguồn dương bên trong.Port B cung cấp chức ứng với tính đặc biệt Atmega32  Port C gồm chân từ PC0 đến PC7:là cổng vào/ra hai hướng bit,có điện trở nối lên nguồn dương bên trong,Port C cung cấp địa lối sử dụng nhớ bên đồng thời cung cấp ứng với tính đặc biệt Atmega32  Port D gồm chân từ PD0 đến PD7:là cổng vào/ra hai hướng bít,có điện trở nối lên nguồn dương bên Port D cung cấp chức ứng với tính đặc biệt Atmega32  Chân nguồn Vcc (chân số 10 chân số 30):điện áp nguồn nuôi Atmega32 từ 4.5v đến 5.5v  Chân Reset (chân số 9):lối vào đặt lại  Chân GND (chân số 11 chân 31):chân nối mas  Chân XTAL1,XTAL2 hai chân nối thạch anh (chân số 12 chân số 13).Atmega32 sử dụng thạch anh 8MHz  Chân ICP(chân số 20):là chân vào cho chức bắt tín hiệu cho định thời/đếm  Chân OC1B(chân số 18):là chân cho chức so sánh lối định thời/đếm  Chân INT1(chân số 17):chân ngõ vào ngắt Hình 2.4:Sơ đồ cấu trúc bên Atmega32 • Sau hàn linh kiện xong ta thử lại lần nũa để kiểm tra mạch chạy ổn định hay không,trong trình làm mạch ta nên làm đến đâu kiểm tra đến để dễ phát sửa chữa 4.2.4 Thiết kế mạch kết nối với LCD.(mạch chính)  Giá trị định lượng hiển thị LCD giá trị số,trong tín điện áp từ loadcell tín hiệu tương tự (analog).Do để hiển thị giá trị kết định lượng LCD bắt buộc phải qua trình chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số.Có nhiều cách để làm việc như:dùng mạch chuyển đổi A/D sử dụng loại ic có chức chuyển đổi A/D.Trong đề tài khhông thiết kế mạch chuyển đổi A/D mà dùng vi điều khiển Atmega32.Vì Atmega32 vi điều khiển có tích hợp sẵn chuyển đổi A/D.Trong Atmega32,port A gồm chân từ 33 đến chân 40 chân nhận tín hiệu dạng analog vào để thực chuyển đổi A/D  Nên việc chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số vấn đề viết chương trình chuyển đổi cho 5V J3 U1 5V J6 P B 0/T0 P B 1/T1 P B 2/A IN P B 3/A IN P B 4/S S P B 5/M O S I P B 6/M I S O P B 7/S C K C2 12 Y1 33 C1 33 J11 8M H 13 14 15 16 17 18 19 20 C 19 1uF CON3 C 15 1uF J7 XTA L2 29 28 27 26 25 24 23 22 21 - J1 CON8 A TM E G A 32 5V R 10 5k + P C 7( T O S C 2) P C 6(TO S C ) P D 0( R XD ) PC5 P D 1( T XD ) PC4 P D 2( I N T0) PC3 P D 3( I N T1) PC2 P D 4( O C 1B ) PC1 P D 5( O C 1A ) PC0 P D 6( I C P ) P D 7(O C 2) CON3 LM 358 U 4A 5V XTA L1 +9V 32 A R E F 31 A G N D 30 AVCC RST 10 11 V C C GND C6 1uF P A 0/A D P A 1/A D P A 2/A D P A 3/A D P A 4/A D P A 5/A D P A 6/A D P A 7/A D 40 39 38 37 36 35 34 33 C 20 1uF J8 5V P rogr a m m er R6 100k J2 4 5V 5V 5K 5V J4 R8 5V CON8 LC D D i s l a y 20x 4 10 11 12 13 14 C 14 10uF CON8 8 CON8 Hình 4.8 Sơ đồ mạch kết nối với LCD J9 CON8  Trong mạch hình 4.8.LCD kết nối với portB +R5 biến trở để chỉnh độ tương phản LCD +R10 dùng để chỉnh điện áp tham chiếu ● Nguyên lý hoạt động mạch:  Tín hiệu điện áp khuyếch đại đưa vào tám chân portA  PortA nhận tín hiệu điện áp đó,viêch chuyển đổi A/D trình xử lý ,tính toán hiển thị giá trị định lượng thực viết chương trình để vi điều khiển thực 4.2.5 Thiết kế mạch điều khiển động Trong đề tài sử dụng hai motor để cấp xả liệu Sau sơ đồ mạch điều khiển Hình 4.9 Sơ đồ mạch điều khiển động  Nguyên lí hoạt động mạch  Ban đầu relay luân có điện áp 12V chân  Vì opto có cấu tạo gồm diode quang transitor vi điều khiển xuất tín hiệu chân số số làm cho led phát quang kích cho transistor dẫn,lúc nguồn 12V chạy từ chân sang chân transistor để kích transitor Q1 Q2.Do dòng 12V qua cuộn hút lelay để kích cho motor  Trong mạch sử dụng thắng động cân đủ số cân cần cân motor cấp liệu vi điều khiển ngắt nguồn kích relay làm cho motor cấp liệu ngừng cấp liệu quán tính quay thêm nũa cấp thêm lượng mà khối lượng tăng thêm.Để cân xác ta sử dụng thắng động cơ,khi đủ số cân vi điều khiển kích đồng thời hai tín hiệu để ngừng thắng motor cấp liệu 4.2.6 thiết kế mạch nạp cho vi điều khiển Có nhiều mạch nạp cho vi xử lí,trong đề tài sử dụng mạch nạp cổng com P2 R 4k7 4k7 R IS O D 5v D 5v J3 Hình 4.10 sơ đồ mạch nạp cổng com 4k7 R p ro g m m e r • 0 4.2.7 thiết kế sơ đồ hệ thống đo  Chọn sơ đồ khối hệ thống  Trong tất phương pháp đo kỹ thuật số hầu hết có chung sơ đồ hệ thống đo hình sau: Đại lượng vật lý cần đo Hiển thị kết Tín hiệu điện dòng điện dạng analog Xử lý tín hiệu Khuyếch đại tín hiệu Chuyển đổi A/D Hình 4.11 Sơ đồ nghuyên lý đo  Trong đề tài đại lượng vật lí cần đo khối lượng,tín hiệu điện tín hiệu điện  Đại lượng vật lý loadcell tiếp nhận chuyển sang tín hiệu điện  Do tín hiệu điện từ loadcell nhỏ khoảng 13mV/V đến 3mV/V dải biến thiên ngắn,để phù hợp với tính chất chuyển đổi A/D phải cần đến mạch khuyếch đại tín hiệu  Do kết đo hiển thị dạng số phải có trình chuyển đổi,xử lý hiển thị kết qủa 4.3 Lưu đồ điều khiển  Lưu đồ giải thuật dung để định lượng 50 kg Start Hiển thị tiêu đề Tắt tín hiệu dk motor Mở motor cấp liệu If kl =50 Ngừng motor cấp liệu Thắng motor cấp liệu Hiển thị kl LCD Mở motor xả liệu While kl >0 sai Ngừng motor xả liệu stop Hình 4.12 lưu đồ điều khiển 4.4 Viết chương trình  Hiện có nhiều ngôn ngữ để lập trình cho vi điều khiển vi xử lý,tùy vào sở thích mạnh người chọn ngôn ngữ khác nhau.Tong đề tài sử dụng ngôn ngữ bascom bascom ngôn ngữ thông dụng nhiều người sử dụng để lập trình cho vi điều khiển  Giao diện bascom viết chương trình Hình 4.13 Giao diện bascom viết chương trình  Giao diện viết chương trình Hình 4.14 Giao diện viết chương trình  Sau viết chương trình xong ta tiến hành nạp chương trình cho vi điều khiển  Dưới giao diện nạp chương trình cho vi điều khiển  Trong đề tài sử dụng mạch nạp cổng com,sử dụng phần mềm ponyprog2000 để nạp cho vi điều khiển Hình 4.15 Giao diện nạp chương trình cho vi xử lý Chương trình điều khiển  Chương trình điều khiển đề tài để định lượng khối lượng 50 kg,nếu muốn định lượng khối lượng khác cần thay số 50 khối lượng cần định lượng vào nạp lại chương trình cho vi điều khiển  Dưới chương trình: $regfile = "m32def.dat" $crystal = 8000000 'KHAI BAO CAU HINH VA KET NOI LCD Config Lcd = 20 * Config Lcdpin = Pin , Db4 = Portb.4 , Db5 = Portb.5 , Db6 = Portb.6 , Db7 = Portb.7 , E = Portb.3 , Rs = Portb.2 Config Adc = Single , Prescaler = Auto Config Pina.0 = Input Config Portd = Output 'KHOI DONG ADC Start Adc 'CHUONG TRINH CHINH 'HIEN THI CAC TIEU DE Locate , Lcd "DH NONG LAM TPHCM" Locate , Lcd "KHOA CK&N" Locate , Lcd "CHUYENH NGHANH" Locate , Lcd "DIEU KHIEN TU DONG" Wait Cls Locate , Lcd "DE TAI TOT NGHIEP" Locate , Lcd "UNG DUNG VDK" Locate , Lcd "TRONG CAN TU DONG" Wait Cls 'khai bao bien Dim Gtso As Word Dim Gtsotrungbinh As Word Dim Gtdienaptuongtu As Single Dim Khoiluong As Single Dim Hienthi As String * 20 Dim N As Integer Dim Khoiluongsosanh As Word 'ngat tin hieu dieu khien motor Reset Portd.3 'motor cap lieu Reset Portd.5 ' motor xa lieu Reset Portd.7 'thang motor cap lieu Cls Locate , Lcd "DANG CAN" Locate , Lcd "KHOI LUONG:" Locate , Lcd Hienthi Locate , 10 Lcd "kg" Waitms 50 Do 'mo motor cap lieu Set Portd.3 'motor cap lieu Reset Portd.5 'motor xa lieu Reset Portd.7 'thang motor cap lieu 'lay gia tri tuong tu da chuyen sang gia tri so va tinh trung binh If Khoiluongsosanh < 50 Then Locate , Lcd Hienthi 'momotor cap lieu Set Portd.3 Reset Portd.5 Reset Portd.7 End If 'lay gia tri trung binh de tranh nhieu ' Gtsotrungbinh = For N = To 99 Gtso = Getadc(0) Gtsotrungbinh = Gtso + Gtsotrungbinh Next Gtsotrungbinh = Gtsotrungbinh / 100 'CHUYEN DOI A/D 'tinh tro nguoc tro lai dien ap dau vao tuong tu Gtdienaptuongtu = 1000 * Gtsotrungbinh chieu Gtdienaptuongtu = Gtdienaptuongtu / 1023 'tinh khoi luong '1000 mV dien ap tham Khoiluong = 1.0989 * Gtdienaptuongtu Khoiluong = Khoiluong - 13 Khoiluongsosanh = Khoiluong '1.0989 la he so da lam tron va duoc xac dinh tu cong thuc: (500*Gtdienaptuongtu)/(9.0905*50) '500 la tai toi da cua loadcell '50 la he so khuyech dai '9.0905 la dien ap cua loadcell cap nguon nuoi 5V tuong ung voi tai toi da '13 la khoi luong cua ban can ban dau luan de len loadcell If Khoiluongsosanh >= 50 Then Reset Portd.3 Set Portd.7 Wait Reset Portd.7 While Khoiluongsosanh > Set Portd.5 Wend End If Reset Portd.5 Reset Portd.7 Set Portd.3 'ket qua co phan thap phan Hienthi = Str(khoiluongsosanh) Hienthi = Fusing(khoiluongsosanh) Locate , Lcd Hienthi Loop End  Kết quả:  Sau hoàn thành phần khí,phần điện tử phần mềm điều khiển ta tiến hành lắp mạch vào ủ điện cho ổn định để tiến hành trình cân kiểm tra.Vì mô hình cân tự động phần qui trình sản xuất bột trát tường điều kiện không cho phép nên không tiến hành định lượng hệ thống sản xuất được.Cho nên tiến hành trình định lượng điều khiển ta dùng vật đặt lên bàn cân thay cho trình vít tải cấp liệu  Vì trình định lượng đặt vật có khối lượng cần cân lên bàn cân không sử dụng đến motor ta nối ba role với ba bóng đèn để quan sát trình điều khiển.Trong đề tài sử dụng ba role để điều khiển hai motor,trong đó:hai role để điều khiển hai motor cấp xả liệu role để thắng notor cấp liệu  Sau số kết đạt trình định lượng: Người đo Ngày thực hiện: Khối lượng vật(dùng cân đồng hồ để cân)(kg) Khối lượng cân Sai số KẾT LẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Kết luận:  Sau thời gian thực hiện, đề tài đáp ứng yêu cầu đặt là:Thiết kế cân tự động điều khiển vi xử lý,chọn loadcell,thiết kế mạch khuyếch đại,mạch hiển thị giá trị đo,mạch điều khiển motor,viết chương trình điều khiển,cho mạch chạy khảo nghiệm với độ xác tương đối cao,  Về phần cứng: Đã thiết kế mô hình máy phù hợp với loại loadcell có sẵn  Về phần mềm:Đã viết chương trình điều khiển theo yêu cầu,có thể theo dõi thông số khối lượng LCD  Về phần cứng điện tử:các mạch điện tử hoạt động tốt,khả chống nhiễu tương đối cao Đề nghị:  Có thể ứng dụng trình sản xuất có liên quan đến định lượng khối lượng,nhất khâu đóng gói sản phẩm như:đóng gói xi măng,bột trát tường,và sản phẩm rời dạng hạt có kích thước nhỏ  Để định lượng xác chống nhiễu nên dùng thêm vài loadcell nối song song,khi Mỗi loadcell tải đầu độc lập, thường 1mV đến mV/V Đầu kết hợp tổng hợp dựa kết đầu loadcell