NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ , CHẾ TẠO MÔ HÌNH PHÂNLOẠI SẢN PHÂM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN

MỤC LỤC MỤC LỤC .1 DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG .7 LỜI NÓI ĐẦU .9 Chương I: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ "MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN" 10 1.1 Lý chọn đề tài .10 1.2 Đối tượng nghiên cứu .10 1.3 Mục đích nghiên cứu 10 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu .11 1.5 Phương pháp nghiên cứu 11 1.6 Ý nghĩa thực tiễn đề tài .11 CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ "MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN" .12 I THIẾT KẾ , CHẾ TẠO CƠ KHÍ .21 1.1 Thiết kế khung 21 1.2 Thiết kế chi tiết 22 II.THIẾT KẾ ,CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN 27 2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 27 2.1.1 Nguyên lý hoạt động hệ thống .28 2.2 Khối nguồn .28 2.2.1 Sơ đồ nguyên lý 28 2.2.2 Nguyên lý hoạt động 30 2.2.3 Tính tốn thiết kế .30 2.3 Khối cảm biến 31 2.3.1 Khái niệm ánh sáng 31 2.3.2 Diode phát quang 33 2.3.3 Cảm biến quang điện tử 34 2.3.4 Cảm biến màu .38 2.4 Khối xử lí trung tâm .45 2.4.1 Giới thiệu cấu trúc phần cứng AT mega8 .46 2.4.2 Tính tốn-Thiết kế 50 2.5 Khối hiển thị 51 2.5.1 Hình dạng thực tế LCD 52 2.5.2 Sơ đồ khối HD44780 54 2.5.3 Tập lệnh LCD .57 2.6 Cơ cấu chấp hành 59 2.6.1 Tìm hiểu xy lanh- khí nén 59 2.6.4 Nguyên lý hoạt động 61 2.6.6 Động điện chiều 62 CHƯƠNG III: XÂY DỰNG LƯU ĐỒ THUẬT TỐN VÀ LẬP TRÌNH CHO "MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN" 69 I CHƯƠNG TRÌNH .69 1.1 Lưu đồ thuật toán 69 1.2 Chương trình điều khiển 70 CHƯƠNG IV: THỰC NGHIỆM LẮP RÁP, CHẠY THỬ "MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN" 84 I Thi công mạch điện 85 II Mơ hình đồ án hồn chỉnh .86 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN 87 I Kết thực 89 1.1 Kết đạt 89 1.2 Kết chưa đạt .89 1.3 Hướng phát triển 89 1.3 Kết luận 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO .90 DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT IC Intergated-Circuit LCD Liquid Crystal Display VĐK mạch điện tử mà thành phần tác động thụ động chế tạo tích hợp khơng thể tách rời Màn hình tinh thể lỏng Vi điều khiển I/O Input/ output Vào/ Ra OSC Oscilloscope Mạch dao động PWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung ADC Analog Digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự sang số ASM Assembly AUTO CAD 2D LED Automatic Computer Aided Design Một loại ngơn ngữ lập trình cho vi điều khiển Phần mềm thiết kế khí Light-Emitting-Diode Diode quang CIE commission internationale de l'Eclaire Ủy Ban Quốc Tế chiếu sáng RGB Red, Green, Blue Đỏ, xanh ,Xanh Ra trời CPU central processing unit Đơn vị xử lý trung tâm ALU Arithermetic logical unit Đơn vị logic học IE Intereup Enable ghi chức đặc biệt DANH MỤC HÌNH Hình 2.1.2: Inox 304 13 Hình 2.1.3: Băng tải PVC 13 Hình 2.1.4: Sơ đồ khối tổng quát dùng phương án IC số rời 14 Hình 2.1.5: Sơ đồ khối tổng quát dùng phương án vi xử lý 16 Hình 2.1.6: Sơ đồ khối tổng quát dùng phương án vi điều khiển .17 Hình 2.1.7: Sơ đồ khối tổng quát hệ thống .19 Hình 2.2.1a : Bản vẽ 3D vòng bi .21 Hình 2.2.2 : mơ hình băng truyền 3D .22 Hình 2.2.3 : kích thước băng truyền 22 Hình 2.2.4a: Mơ hình ảnh xy lanh 23 Hình 2.2.4b :Kích thước xy lanh 23 Hình 2.2.5a: Mơ hình 3D cảm biến nhận biết màu 24 Hình 2.2.6a: Sản phẩm cần phân loại .25 Hình 2.2.6b: Kích thước sản phẩm 25 Hình 2.2.7: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch 27 Hình 2.2.8: Sơ đồ nguồn cung cấp hệ thống .29 Hình 2.2.9: Sóng ánh sáng 31 Hình 2.2.10 : Phổ ánh sáng 32 Hình 2.2.12 : Hiệu suất tương đối nguồn 34 Hình 2.2.13: Cảm biến quang điện tử .35 Hình 2.2.14: Vít điều chỉnh độ nhạy cảm biến 38 Hình 2.2.15 : Đáp ứng kích thích màu sắc 39 Hình 2.2.16 : Tọa độ màu ba chiều không gian .39 Hình 2.2.17: Cảm nhận màu khơng gian 40 Hình 2.2.18: Cảm biến màu .42 Hình 2.2.19: Sơ đồ khối chức 43 Hình 2.2.20: Sơ đồ khối chức cảm biến TCS3200 .43 Hình 2.2.20 Sơ đồ chân vi điều khiển PIC 16A877A 46 Hình 2.2.22 Sơ đồ khối vi điều khiển PIC 16A877A .48 Hình 2.2.23 Chức chân PIC 16F877A .49 Hình 2.2.24: Sơ đồ kết nối vi điểu khiển PIC 16F877A 50 Hình 2.2.25 Hình dạng LCD 52 Hình 2.2.26 Sơ đồ khối HD44780 .55 Hình 2.2.27: Hình dạng thực .59 Hình 2.2.28: Cấu tạo van điện 5/2 .59 Hình 2.2.29: Xy lanh tác động chiều 60 Hình 2.2.30: Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy điện chiều 64 DANH MỤC BẢNG Nội dung Bảng 1: Chức chân LCD Trang 51 Bảng 2: Đọc điều khiển ghi liệu 53 Bảng 3: Mã lệnh đến ghi liệu LCD 55 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, phát triển mạnh mẽ khoa học cơng nghệ, sống người có thay đổi ngày tốt hơn, với trang thiết bị đại phục vụ cơng cơng nghiệp hố, đại hố đất nước Đặc biệt góp phần vào phát triển ngành kĩ thuật điện tử góp phần khơng nhỏ nghiệp xây dựng phát triển đất nước Trong mơn kỹ thuật vi điều khiển phát triển mạnh dựa tiến cơng nghệ tích hợp linh kiện bán dẫn hệ lập trình có nhớ kết hợp với máy tính điện tử Từ thời gian đầu phát triển cho thấy ưu việt ngày tính ưu việt ngày khẳng định thêm Những thành tựu biến tưởng chừng khơng thể thành có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất tinh thần cho người Để góp phần làm sáng tỏ hiệu ứng dụng thực tế môn vi điều khiển em sau thời gian học tập thầy, cô giáo khoa giảng dạy kiến thức chuyên nghành, đồng thời giúp đỡ nhiệt tình thầy “Phan Văn Hiếu” em “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ , CHẾ TẠO MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHÂM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN” Cùng với nỗ lực em bảo tận tình thầy, giáo hướng dẫn thời gian, kiến thức kinh nghiệm em có hạn nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em mong giúp đỡ tham khảo ý kiến thầy, cô bạn nhằm đóng góp phát triển thêm đề tài Em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG I: Nghiên cứu tổng quan “MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN” 1.1 Lý chọn đề tài Xét điều kiện cụ thể nước ta cơng cơng nghiệp hóa đại hóa sử dụng ngày nhiều thiết bị điều khiển tự động q trình sản xuất, gia cơng , chế biến sản phẩm Điều dẫn tới việc hình thành hệ thống sản xuất linh hoạt, cho phép tự động hóa mức độ cao sản xuất hàng loạt nhỏ vừa sở sử dụng máy CNC, robot cơng nghiệp Trong có khâu quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm hệ thống phận loại sản phẩm Từ nhu cầu sản xuất thực tế trình học tập , nghiên cứu trung tâm Fact trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật Hưng Yên Em mạnh dạn xin đưa đề tài “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ , CHẾ TẠO MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHÂM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN” 1.2 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dây chuyền sản xuất tự động nhà máy xí nghiệp nước ta 1.3 Mục đích nghiên cứu - Khi nghiên cứu đề tài em muốn vận dụng sản phẩm công nghệ khoa học tiên tiến áp dụng vào trình sản xuất tự động nhằm tạo suất , chất lượng giảm thiểu tối đa sức người sản xuất công nghiệp Mặt khác mơ hình để bạn sinh viên khoá sau tham khảo nghiên cứu phát triển - Củng cố lại kiến thức lý thuyết học tập nghiên cứu trường - Đây đồ án tốt nghiệp để sinh viên hồn thành chương trình học tập, nghiên cứu trường Chứng minh khả năng, lực thân để sau trường trở thành kĩ sư giỏi đóng góp nhiều cho cơng nghiệp nước nhà xã hội 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu Với giới hạn đề tài: “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ , CHẾ TẠO MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHÂM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN” Em sâu vào nghiên cứu vấn đề sau đây: Tìm hiểu vi điều khiển mà trọng tâm IC AT mega8 phần cứng tập lệnh Tìm hiểu phận hiển thị, hình LCD,Led Tìm hiểu ngơn ngữ lập trình C, C++, Asembly… Viết chương trình cho IC AT mega8, động điện chiều Tìm hiểu phần mềm thiết kế khí CAD 2D, Inventor phần mềm thiết kế mạch điện tử Eagle, Protus… Tìm hiểu vật liệu khí chế tạo khung hệ thống sản phẩm, vật liệu làm băng chuyền, trục quay, ổ bi đỡ… 1.5 Phương pháp nghiên cứu Tìm hiểu thu thập thơng tin thực tế liên quan tới hệ thống Phân tích, thiết kế lập trình cho hệ thống Thử nghiệm vận hành cho hệ thống 1.6 Ý nghĩa thực tiễn đề tài Hiện nhiều nhà máy doanh nghiệp sản xuất đóng nhãn sản phẩm, kiểm tra nguyên liệu đầu vào, sản phẩm đầu áp dụng công nghệ sản xuất lạc hậu, chưa theo kịp với xu phát triển đáp ứng nhu cầu sản xuất nước thị trường quốc tế Chính em xin thực đề tài: “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ , CHẾ TẠO MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ” với mong muốn đưa giải pháp nhằm cải thiện trình sản xuất cho giảm chi phí nhân cơng , tăng suất mà đảm bảo chất lượng sản phẩm, giảm giá thành sản phẩm để cạnh tranh thị trường 10 / **************************************************************** **************/ void Display_Value_Color(uint16_t Color1, uint16_t Color2, uint16_t Color3, uint16_t Color4) { LCD_Gotoxy(0,0);printf(LCD_PutChar,"R:%4ld ",Color1); LCD_Gotoxy(7,0);printf(LCD_PutChar,"Y:%4ld ",Color2); LCD_Gotoxy(0,1);printf(LCD_PutChar,"B:%4ld ",Color3); LCD_Gotoxy(7,1);printf(LCD_PutChar,"N:%4ld ",Color4); } / **************************************************************** **************/ void Wait_Product(void) { while((Flag_R==1)&&(Time_Out!=0)) {Time_Out ;Display_LCD_Product(Num_Red,Num_Yellow,Num_Blue);}/*Hi enthi_Led7seg(Num_Red,Num_Blue,Num_Yellow);}*/ while((Flag_Y==1)&&(Time_Out!=0)) {Time_Out ;Display_LCD_Product(Num_Red,Num_Yellow,Num_Blue);}/*Hi enthi_Led7seg(Num_Red,Num_Blue,Num_Yellow);}*/ while((Flag_B==1)&&(Time_Out!=0)) {Time_Out ;Display_LCD_Product(Num_Red,Num_Yellow,Num_Blue);}/*Hi enthi_Led7seg(Num_Red,Num_Blue,Num_Yellow);}*/ Flag_R=Flag_Y=Flag_B=0; Time_Out=8; } 59 / **************************************************************** **************/ void GET_SENSOR() { if((Temp_Red)&&(SENSOR_1)) {delay_ms(5);if((Temp_Red)&&(SENSOR_1)) { Temp_Red=0; Flag_Sensor1++; Sub_Red = Num_Red-Flag_Sensor1; if(Sub_Red) {XI_LANH1=ON;delay_ms(100);XI_LANH1=OFF;} }} if((Temp_Yellow)&&(!SENSOR_2)){delay_ms(5);if((Temp_Yellow)&&(! SENSOR_2)) { Temp_Yellow=0; Flag_Sensor2++; Sub_Yellow = Num_Yellow-Flag_Sensor2; if(Sub_Red) {XI_LANH2=ON;delay_ms(100);XI_LANH2=OFF;} }} } / **************************************************************** **************/ void CTRL_XILANH(void) { 60 while(Temp_Red){if(SENSOR_2==0){while(SENSOR_2==0) {}delay_ms(100);XI_LANH1=ON;delay_ms(200);XI_LANH1=OFF;Temp_Re d=0;}} while(Temp_Yellow){if(SENSOR_3==0){while(SENSOR_3==0) {}delay_ms(100);XI_LANH2=ON;delay_ms(200);XI_LANH2=OFF;Temp_Yel low=0;}} } / **************************************************************** **************/ void READ_COLOR_TCS() { switch(var) { case : { Reset_Timer(); enable_interrupts(GLOBAL); var++; TCS3200_Read(RED); while(!enable_next){;} enable_next=0; F_Red = Value; //LCD_Gotoxy(0,0); // printf(LCD_PutChar,"R:%4ld ",F_Red); disable_interrupts(GLOBAL); Reset_Timer(); }break; case : 61 { enable_interrupts(GLOBAL); var++; TCS3200_Read(BLUE); while(!enable_next){;} enable_next=0; F_Blue = Value; // LCD_Gotoxy(7,0); // printf(LCD_PutChar,"B:%4ld ",F_Blue); disable_interrupts(GLOBAL); Reset_Timer(); }break; case : { enable_interrupts(GLOBAL); var++; TCS3200_Read(GREEN); while(!enable_next){;} enable_next=0; F_Green = Value; //LCD_Gotoxy(0,1); //printf(LCD_PutChar,"G:%4ld ",F_Green); disable_interrupts(GLOBAL); Reset_Timer(); }break; case : { enable_interrupts(GLOBAL); var++; TCS3200_Read(NO_FILTER); 62 while(!enable_next){;} enable_next=0; F_Clear = Value; //LCD_Gotoxy(7,1); //printf(LCD_PutChar,"N:%4ld ",F_Clear); disable_interrupts(GLOBAL); Reset_Timer(); }break; case : { disable_interrupts(GLOBAL); Reset_Timer(); var=0; count_delay++; delay_ms(10); //var_typ_red[count_delay]; var_typ_green[count_delay];var_typ_blue[count_delay];var_typ_clear[count_de lay]; if(count_delay==2) { count_delay=0; //Display_Value_Color(F_Red,F_Green,F_Blue,F_Clear); //TEST_GETColor(); Check_Color(); Display_LCD_Product(Num_Red,Num_Yellow,Num_Blue); } }break; } } 63 void RUN_PROGRAM(void) { READ_COLOR_TCS(); Wait_Product(); CTRL_XILANH(); } CHƯƠNG IV: Thực nghiệm lắp ráp, chạy thử “MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ” 64 I Thi cơng mạch điện 65 II Mơ hình đồ án hồn chỉnh 66 Từ q trình thiết q trình thực chúng em hồn thành với thiết kế đề - Mạch hoạt động ổn định, u cầu đặt - Mơ hình khí xác theo vẽ , thiết kế khí đẹp mắt, gọn gang Bố trí hợp lý khoa học - Mơ hình sản phẩm đạt u cầu q trình thực gặp đơi chút khó khăn khâu xử lý tín hiệu , nhiễu sóng tần số thu từ sản phẩm màu không ổn đinh 67 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN I Kết thực 1.1 Kết đạt - Thiết kế hồn thiện mơ hình khí hệ thống phân loại sản phẩm màu - Nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển PIC 16F877A làm vi mạch điều khiển cho hệ thống - Hoàn thiện tất phần cứng cho hệ thống hoạt động theo yêu cầu: - Thiết kế mạch nguồn điều khiển hệ thống - Thiết kế mạch điều khiển trung tâm sử dụng vi điều khiển PIC 16F877A - Thiết kế mạch hiển thị - Lắp ráp mạch theo yêu cầu đảm bảo tính kỹ thuật tính thẩm mỹ 1.2 Kết chưa đạt Trong trình thiết kế thi công việc nhận biết màu sắc hạn chế, số lượng màu nhận biết chưa nhiều trình nhiễu màu xảy tsố áần nh sáng mà cảm biến màu thu lại chưa ổn định 1.3 Hướng phát triển Với việc nghiên cứu chế tạo mơ hình “nghiên cứu ,chế tạo mơ hình tự động phân loại sản theo màu sắc” với tính thơng minh linh hoạt có ý nghĩa lớn thực tiễn Việc ứng dụng hệ thống vào q trình sản xuất có nhiều lợi ích như: - Tăng xuất lao động chất lượng sản phẩm sản xuất - Giúp giảm giá thành sản phẩm để cạnh tranh thị trường - Với đề tài này, mở số hướng phát triển cho hệ thống Nhóm chúng em có đưa số hướng phát triển cho quan tâm đến đề tài sau: - Đối với đề tài để phát triển dùng máy tính để giao chuẩn RS 232 68 - Đối với sản xuất thông minh áp dụng cơng nghệ camera giám sát phân tích màu nhà máy sản xuất sơn, gạch men, công ty dược phẩm… - Trong khoa học áp dụng cơng nghệ nhận biết màu sắc để giám sát sinh trưởng phát triển thực vật Việc nghiên cứu áp dụng có ý nghĩa thực tiễn lớn đời sống 1.3 Kết luận Mơ hình “Phân loại sản phẩm màu hệ thống sản xuất tự động” kết hợp khối chức riêng để tạo thành hệ thống hồn chỉnh Nội dung đồ án trình bày sâu sắc cấu trúc chức khối phần cứng, phần mềm giúp cho người đọc dễ dàng nắm cấu trúc chức Mặc dù nhiều hạn chế, song hướng dẫn tận tình thầy Phan Văn Hiếu thầy khoa khí ,khoa điện bạn sinh viên giúp đỡ giải đáp thắc mắc, khó khăn q trình thực đề tài Nhờ giúp đỡ nỗ lực nhóm , chúng em hoàn thành nhiệm vụ đặt chế tạo thành cơng mơ hình hệ thống, vận hành tốt yêu cầu đặt Em mong nhận ủng hộ, động viên góp ý q thầy bạn bè để đồ án chúng em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO GIÁO TRÌNH THAM KHẢO [1] Ngô Diên Tập – Đo lường điều– Nhà xuất khoa học kỹ thuật [2] Nguyễn Hữu Phương – Mạch số – Nhà xuất thống kê [3] Nguyễn Đình Phú – Tài liệu thực hành vi điều khiển – Trường đại học sư phạm kỹ thuật [4] Nguyễn Tăng Cường, Phan Quốc Thắng – Cấu trúc lập trình họ vi điều khiển 8051 – Nhà xuất khoa học kỹ thuật [5] Tống Văn On, Hoàng Đức Hải – Họ vi điều khiển 8051 – Nhà xuất lao động – Xã hội [6] Đỗ Xuân Thụ,Đặng Văn Quyết ,Nguyễn Viết Chuyên, Nguyễn Đức Thuận – Kĩ Thuật Điện Tử [7] Trương Dũng Tuấn – Đề Cương Bài Giảng Kỹ Thuật Điều Khiển Khí Nén WEBGSITE THAM KHẢO [1] Các trang internet: + www.ustr.net + www.dientuvietnam.com + www.ustr.net/ infared/infared.com + www.ustr.net/ infared/infared.html + www iguanalabs.com/mbkit.html + www.webelectronicmagazine.com + www epanorama.net/links/irremote.html + www.howstuffwork.com + www.winkipedia.com 70 71 72 73