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

Để góp phần làm sáng tỏ hiệu quả của những ứng dụng trong thực tế của môn viđiều khiển em sau một thời gian học tập được các thầy, cô giáo trong khoa giảngdạy về các kiến thức chuyên ngh

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC HÌNH 6

DANH MỤC BẢNG 7

LỜI NÓI ĐẦU 9

Chương I: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ "MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN" 10

1.1 Lý do 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 và thực tiễn của đề tài 11

CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ "MÔ 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 các 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 của 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 toán và thiết kế 30

2.3 Khối cảm biến 31

2.3.1 Khái niệm cơ bản về 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 toán-Thiết kế 50

2.5 Khối hiển thị 51

2.5.1 Hình dạng thực tế của LCD 52

2.5.2 Sơ đồ khối của HD44780 54

2.5.3 Tập lệnh của LCD 57

2.6 Cơ cấu chấp hành 59

2.6.1 Tìm hiểu về xy lanh- khí nén 59

2.6.4 Nguyên lý hoạt động 61

2.6.6 Động cơ điện 1 chiều 62

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ LẬP TRÌNH CHO "MÔ 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 Mô hình đồ án hoàn chỉnh 86

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN 87

I Kết quả thực hiện 89

1.1 Kết quả đạt được 89

1.2 Kết quả chưa đạt được 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

là một mạch điện tử mà cácthành phần tác động và thụ độngđều được chế tạo tích hợp trên

đó không thể tách rời

LCD Liquid Crystal Display Màn hình tinh thể lỏng

PWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung

ADC Analog Digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự sang số

ASM Assembly Một loại ngôn ngữ lập trình cho

vi điều khiểnAUTO

LED Light-Emitting-Diode Diode quang

CIE commission internationale de

l'Eclaire

Ủy Ban Quốc Tế về chiếu sáng

RGB Red, Green, Blue Đỏ, xanh lá ,Xanh Ra trời

CPU central processing unit Đơn vị xử lý trung tâm

ALU Arithermetic logical unit Đơn vị logic học

IE Intereup Enable thanh ghi chức năng 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 : mô hình băng truyền 3D 22

Hình 2.2.3 : kích thước băng truyền 22

Hình 2.2.4a: Mô phỏng hình ảnh xy lanh 23

Hình 2.2.4b :Kích thước xy lanh 23

Hình 2.2.5a: Mô 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 của nguồn 34

Hình 2.2.13: Cảm biến quang điện tử 35

Hình 2.2.14: Vít điều chỉnh độ nhạy của cảm biến 38

Hình 2.2.15 : Đáp ứng kích thích của màu sắc 39

Hình 2.2.16 : Tọa độ màu ba chiều trong không gian 39

Hình 2.2.17: Cảm nhận màu trong không gian 40

Hình 2.2.18: Cảm biến màu 42

Hình 2.2.19: Sơ đồ khối chức năng 43

Hình 2.2.20: Sơ đồ khối chức năng của 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 năng các 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 của HD44780 55

Hình 2.2.27: Hình dạng thực thế 59

Hình 2.2.28: Cấu tạo van điện 5/2 59

Hình 2.2.29: Xy lanh tác động 2 chiều 60

Hình 2.2.30: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy điện một chiều 64

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: Chức năng các chân trên LCD 51

Bảng 2: Đọc và điều khiển ghi dữ liệu 53

Bảng 3: Mã lệnh đến thanh ghi dữ liệu trên LCD 55

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống của conngười đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, với những trang thiết bị hiện đạiphục vụ công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước Đặc biệt góp phầnvào sự phát triển đó thì ngành kĩ thuật điện tử đã góp phần không nhỏ trong sựnghiệp xây dựng và phát triển đất nước Trong đó môn kỹ thuật vi điều khiểnđược phát triển mạnh dựa trên những tiến bộ của công nghệ tích hợp các linhkiện bán dẫn và hệ lập trình có bộ nhớ kết hợp với máy tính điện tử Từ nhữngthời gian đầu phát triển đã cho thấy sự ưu việt của nó và cho tới ngày nay tính

ưu việt đó ngày càng được khẳng định thêm Những thành tựu của nó đã có thểbiến được những cái tưởng chừng như không thể thành những cái có thể, gópphần nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho con người

Để góp phần làm sáng tỏ hiệu quả của những ứng dụng trong thực tế của môn viđiều khiển em sau một thời gian học tập được các thầy, cô giáo trong khoa giảngdạy về các kiến thức chuyên nghành, đồng thời được sự giúp đỡ nhiệt tình của

thầy “Phan Văn Hiếu” em đã “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ , CHẾ TẠO MÔ

HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHÂM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN”.

Cùng với sự nỗ lực của em và sự chỉ bảo tận tình của thầy, cô giáo hướng dẫnnhưng do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm của em còn có hạn nên sẽ khôngthể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong được sự giúp đỡ và tham khảo ýkiến của thầy, cô và các bạn nhằm đóng góp phát triển thêm đề tài

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG I: Nghiên cứu tổng quan về “MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN

PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN”

1.1 Lý do chọn đề tài

Xét điều kiện cụ thể ở nước ta công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa sử dụngngày càng nhiều thiết bị hiện đại để điều khiển tự động các quá trình sản xuất,gia công , chế biến sản phẩm Điều này dẫn tới việc hình thành các hệ thống sảnxuất linh hoạt, cho phép tự động hóa ở mức độ cao đối với sản xuất hàng loạtnhỏ và vừa trên cơ sở sử dụng các máy CNC, robot công nghiệp Trong đó cómột khâu quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm là hệ thống phận loạisản phẩm

Từ những nhu cầu sản xuất thực tế và quá trình học tập , nghiên cứu tại trungtâm Fact của trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật Hưng Yên Em mạnh dạn xin

đưa ra đề tài “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ , CHẾ TẠO MÔ HÌNH PHÂN

LOẠI SẢN PHÂM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN”

1.2 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc trong dâychuyền sản xuất tự động trong các nhà máy xí nghiệp của nước ta hiện nay

1.3 Mục đích nghiên cứu

- Khi nghiên cứu đề tài này em muốn vận dụng những sản phẩm công nghệ

khoa học tiên tiến áp dụng vào quá trình sản xuất tự động nhằm tạo ra năngsuất , chất lượng cũng như giảm thiểu tối đa sức người trong sản xuất côngnghiệp Mặt khác đây cũng là mô hình để các bạn sinh viên khoá sau thamkhảo và nghiên cứu phát triển hơn nữa

- Củng cố lại kiến thức lý thuyết đã được học tập nghiên cứu tại trường.

- Đây là đồ án tốt nghiệp để sinh viên hoàn thành chương trình học tập, nghiên

cứu tại trường Chứng minh khả năng, năng lực của bản thân để sau khi ratrường trở thành một kĩ sư giỏi đóng góp nhiều cho nền công nghiệp nước nhà

và xã hội

1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Với giới hạn của đề tài: “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ , CHẾ TẠO MÔ HÌNH

PHÂN LOẠI SẢN PHÂM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN”.

Em đi sâu vào nghiên cứu những vấn đề chính sau đây:

Tìm hiểu về vi điều khiển mà trọng tâm là IC AT mega8 phần cứng và tập lệnh.Tìm hiểu về bộ phận hiển thị, màn hình LCD,Led 7 thanh

Tìm hiểu về ngôn ngữ lập trình C, C++, Asembly… Viết chương trình cho IC

AT mega8, động cơ điện một chiều

Tìm hiểu phần mềm thiết kế cơ khí CAD 2D, Inventor và những phần mềmthiết kế mạch điện tử như Eagle, Protus…

Tìm hiểu về vật liệu cơ khí chế tạo khung hệ thống sản phẩm, vật liệu làm băngchuyền, trục quay, ổ bi đỡ…

1.5 Phương pháp nghiên cứu

Tìm hiểu thu thập thông tin thực tế liên quan tới hệ thống

Phân tích, thiết kế và lập trình cho hệ thống

Thử nghiệm và vận hành cho hệ thống

1.6 Ý nghĩa và thực tiễn của đề tài

Hiện nay trong nhiều nhà máy và doanh nghiệp sản xuất như đóng nhãn sảnphẩm, kiểm tra nguyên liệu đầu vào, sản phẩm đầu ra vẫn còn áp dụng côngnghệ sản xuất lạc hậu, chưa theo kịp với xu thế phát triển và đáp ứng được nhucầu sản xuất trong nước và trên thị trường quốc tế Chính vì thế em xin thực

hiện đề tài: “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ , CHẾ TẠO MÔ HÌNH PHÂN LOẠI

SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN ” với mong muốn

đưa ra giải pháp nhằm cải thiện quá trình sản xuất sao cho giảm được chi phínhân công , tăng năng suất mà vẫn đảm bảo được chất lượng sản phẩm, giảm giáthành sản phẩm để có thể cạnh tranh trên thị trường

CHƯƠNG II: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về “MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN”

I THIẾT KẾ , CHẾ TẠO CƠ KHÍ

1.1 Thiết kế khung

Thiết kế 3D trên phần mềm Autocad Inventor 2011

1.2 Thiết kế các chi tiết

a Băng truyền sản phẩm

Hình 2.2.2 : mô hình băng truyền 3D

Hình 2.2.3 : kích thước băng truyền

- Chu vi băng tải 1500 mm

- Bề rộng 80 mm

b Cảm biến

Hình 2.2.5a: Mô hình 3D cảm biến nhận biết màu.

c Sản phẩm

Hình 2.2.6a: Sản phẩm cần phân loại

Trong quá trinh thiết kế chúng em chọn sản phẩm có dạng hình trụ tròn.

Kích thước đường sinh là :45mm

Kích thước đường kích là :40mm

II.THIẾT KẾ ,CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN

2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống

Hình 2.2.7: Sơ đồ nguyên lý toàn mạch

2.1.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Khi cấp điện cho động cơ điện 1 chiều thì băng tải sẽ bắt đầu hoạt động

Sản phẩm được đưa vào băng tải Nhờ có cảm biến màu TCS 3200 phát hiện sẽcấp tín hiệu điều khiển để các xy động cơ servo đẩy sản phẩm xuống thùngchứa Khi đó cảm biến sẽ gửi tín hiệu cho vi điều khiển at mega8 , khi đó xuấttín hiệu cho khối hiển thị Số lượng sản phẩm trong hộp sẽ được hiển thị trênLCD

2.2 Khối nguồn

Hầu hết các thiết bị điện muốn hoạt động được thì phải cung cấp một nguồnnăng lượng điện, do đó đối với hệ thống được thiết kế trong luận văn này đòi hỏinguồn năng lượng điện phải thật ổn định, thật chính xác Trong hệ thống này

hầu hết đều sử dụng các vi mạch họ TTL, CMOSS có nguồn cung cấp là :

+ Họ TTL thì điện áp cung cấp là từ [4.5  5.5]V

+ Họ CMOSS thì điện áp cung cấp là từ [3  15]V

Ngoài ra còn sử dụng hệ thống van thủy lực (động cơ) sử dụng nguồn +24V

Do đó có thể chọn nguồn cung cấp cho toàn mạch là +5V, +24V cho tất cả hệthống

2.2.1 Sơ đồ nguyên lý

Hình 2.2.8: Sơ đồ nguồn cung cấp hệ thống

2.2.2 Nguyên lý hoạt động

Khi cuộn sơ cấp của máy biến áp được cấp một nguồn điện áp xoay chiều220Vac thì trên cuộn thứ cấp tạo ra điện áp xoay chiều thấp 15Vac Điện ápxoay chiều này được nắn qua cầu diode B1 sau đó cho qua lọc bởi tụ C7, C8 , C9

và C10 để cho ra điện áp một chiều +5Vdc, , 1Vdc điện áp này vẫn chưa thực

sự ổn định Để được điện áp ổn định thì tại các giá trị điện áp này cho qua các

IC ổn áp lấy điện áp chuẩn Các IC ổn áp được sử dụng trong mạch là họ 7805,

để có điện áp chuẩn +5Vdc điện áp này lại được lọc qua các tụ C10.1 , C10 3 , C10.7

và C10.9 để có được điện áp bằng phẳng nhằm cung cấp cho hệ thống hoạt động Khi cuộn sơ cấp của máy biến áp được cấp một nguồn điện áp xoay chiều

220Vac thì trên cuộn thứ cấp tạo ra điện áp xoay chiều thấp 24Vac Điện áp

xoay chiều này được nắn qua cầu diode B2 sau đó cho qua lọc bởi tụ C17, C18 để

cho ra điện áp một chiều +24Vac Điện áp này được cung cấp cho động cơ băng

tải

2.2.3 Tính toán và thiết kế

Sau khi nắn lọc được thì cho ra được điện áp một chiều +5Vdc ,12Vdc

Điện áp tại cuộn thứ cấp có giá trị hiệu dụng là:

Uhd = 12V  Uđỉnh = 12x 1.414 =16,97V

Vậy ta phải chọn tụ có mức điện áp chịu đựng là 25V

Để chọn biến áp nguồn, cầu diode, IC ổn áp ta căn cứ vào dòng tiêu thụ của linhkiện trong mạch hay dòng tiêu thụ của toàn thống

Dòng tiêu thụ của các linh kiện chính trong mạch có thể được tính gần đúng nhưsau:

+ Vi điều khiển PIC 16F877A tiêu thụ dòng ICC (max) = 20mA

+ Bộ điều khiển tiêu thụ dòng là 340mA

Sau khi cộng tất cả các dòng têu thụ của các linh kiện trong mạch ta có dòngtổng là: 951.8mA

Căn cứ vào tính toán ở trên ta có thể chọn các giá trị linh kiện như sau:

+ Tụ 100uF 50v, 1000uf 25v, 2200uf 25v

+ Biến áp nguồn cung cấp loại 3A 220V/ 15V

Hình 2.2.9: Sóng ánh sáng

E`

H`

Z`

0.358 0.435 0.490 0.575 0.580 0.650 0.760

(um)

Ánh sáng nhìn thấy được

Ánh sáng lan truyền trong chân không có vận tốc v=299792km/s Trong vận tốc ánh sáng có v=c/n, với n là chiết suất của môi trường Giữa tần số v và

bước sóng  của ánh sáng liên hệ bằng công thức:

=v/

trong chân không:

=c/

Trên hình2.2.9 biểu diễn phổ ánh sáng và các dải màu của phổ Tính chất

hạt của ánh sáng thể hiện qua sự tương tác của ánh sáng với vật chất Ánhsáng gồm các hạt nhỏ photon có năng lượng phụ thuộc duy nhất vào tần số quabiểu thức:

Trong vật chất các điện tử liên kết trong nguyên tử có xu hướng thoát khỏinguyên tử để trở thành điện tử tự do Để giải phóng các điện tử liên kết cần phải

có một năng lượng bằng năng lượng liên kết W1

Bước sóng ngưỡng của ánh sáng có thể gây nên hiện tượng giải phóng điện

tử được tính bằng biểu thức:

MAX= hc/W1 =1.237/W1(eV)Nói chung loại điện tích được giải phóng do chiếu sáng phụ thuộc vào bảnchất của vật liệu được chiếu sáng Khi chiếu sáng chất điện môi và bán dẫn tinhthiết, các điện tích được giải phóng là cặp điện tử –lỗ trống Đối với bán dẫn phatạp chất khi bị chiếu sáng chúng sẽ giải phóng điện tử (Nếu pha tạp chất dono)hoặc lỗ trống (Nếu pha tạp chất acxepto)

Hiệu ứng quang điện tỉ lệ thuận với số lượng hạt dẫn được giải phóng do tácdụng của ánh sáng trong một đơn vị thời gian Tuy nhiên ngay cả khi bước sóngcủa ánh sáng  < MAX thì không phải tất cả các photon chiếu xuống bề mặtđều tham gia vào việc giải phóng hạt dẫn vì một số sẽ bị phản xạ từ bề mặt, một

số khác chuyển năng lượng của chúng thành nhiệt

2.3.2 Diode phát quang

Diode quang LED (Light-Emitting-Diode) là nguồn sáng bán dẫn trong đónăng lượng giải phóng do tái hợp điện tử - lỗ trống gần chuyển tiếp P–N củadiode làm phát sinh các photon Các đặc điểm của led:

Thời gian hồi đáp nhỏ cỡ ns, có khả năng điều biến đến tần số cao nhờ nguồnnuôi

Hình 2.2.11: Bước sóng phản xạ của LED

Hiệu suất tương đối Photodiode SiGa A

Đèn womfram Mắt người

Hình 2.2.12 : Hiệu suất tương đối của nguồn

Năng lượng tương đối Hệ số phản

2.3.4 Cảm biến màu

a Lý thuyết màu

Lý thuyết màu trong không gian sử dụng các tọa độ gồm: Màu (Hue), độ bãohòa (Stauration), và cường độ (Intensity) Ba thành phần của tọa độ màu đượcxác định trong không gian màu duy nhất Màu sắc có liên quan đến bước sóngphản xạ của màu khi ánh sáng trắng chiếu vào nó Cường độ (độ sáng) đo mứcsáng trắng tạo nên độ bão hoà đo mức tươi của màu

Ví dụ:

Phân tử sắc tố màu đỏ tạo nên thành phần màu có thể đo được Mật độ tương đốicủa các phân tử sắc tố mang thông tin về sự hình thành của thành phần bão hòa

Có một phân tử trở về mang hầu như mọi bước sóng, do đó kết quả là màu trắng

và tạo nên thành phần cường độ (độ sáng)

b Đơn vị đo màu

Nếu sự thể hiện màu phụ thuộc vào tương tác của màu đích với ngồn sáng thì rõràng là có hệ thống đo màu chuẩn hóa cần phải định nghĩa cả nguồn sáng vàphương tiện phát hiện màu

Hình 2.2.15 : Đáp ứng kích thích của màu sắc

Blach (Đen) (0.0.0)

Red (Đỏ) (255.0.0)

Grays (Xám)

White (Trắng) (255.255.2

Cyan

(Xanh

dương)

Blue (Xanh da

trời)

Yellow (Vàng) (255.255.0

0 0.1 400 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7

Đỏ

Bảo hòa trắng

Xanh da trời

Xanh lá cây

Theo Ủy Ban Quốc Tế về chiếu sáng (CIE) đưa ra tiêu chuẩn về màu, theo lýthuyết màu ta biết rằng đáp ứng với kích thích màu phụ thuộc vào phân bố phổnăng lượng của nguồn sáng nhận với độ phản xạ của bề mặt đích và nhậân vớiđáp ứng phổ của bộ phát hiện hình 3.9.

Theo nguyên lý này (CIE) các nhà nghiên cứu đã đưa ra tiêu chuẩn nguồn sáng

và tiêu chuẩn của bộ phát hiện, kết quả nghiên cứu là biểu đồ không gian màuhình 2.3.9 và tọa độ số diễn tả màu Các thiết bị đo màu theo lý thuyết này đượcquy về phổ kế màu hay dụng cụ đo màu, các dụng cụ này thường đắt và cồngkềnh không thích hợp với cảm biến màu

Cảm biến màu logic mờ dựa trên sự đo màu theo tiêu chuẩn quốc tế (CIE), tuynhiên có độ phân giải màu rất cao Bộ cảm biến cảm nhận màu theo tiêu chuẩnnguồn sáng (LED kích thích ba màu) và bộ quan sát (bộ thu quang bán dẫn) Nótạo nên không gian màu duy nhất với tọa độ ba màu là :Đỏ, xanh lá cây và xanh

da trời hình2.3.8

Về lý thuyết để xác định màu có 2563 nghĩa là 16.777.216 vị trí trong khônggian màu, trong thực tế số màu mà bộ cảm biến có thể phân biệt nhỏ hơn nhiều

so với nhiễu quang và hạn chế của thiết bị

Thiết bị so sánh màu R-G-B mà nó quan sát với tiêu chuẩn cảm nhận được mỗikhi cảm nhận được màu quy chuẩn thì nó định lại thang màu bộ cảm biến

c Cảm biến màu TCS3200

Cảm biến màu là một thiết bị được sử dụng để “đọc” màu sắc của ánh sáng.Cónhiều loại cảm biến màu khác nhau nhưng nhìn chung chúng đều hoạt động theomột nguyên lý cơ bản Cấu tạo chung của các cảm biến màu là chúng gồm cácphotodiode để thu nhận ánh sáng Và để thu được màu sắc như mong muốn mỗimột tế bào của cảm biến sẽ được phủ một tấm lọc màu, ví dụ như một tấm lọcmàu xanh sẽ chỉ cho qua những tia sáng xanh hay tấm lọc màu đỏ sẽ chỉ cho quacác tia màu đỏ…Và để có thể nhận dạng được màu sắc thì sẽ có bộ chuyển đổi

từ tín hiệu quang sang tín hiệu điện áp hay tần số

Cảm biến màu được ứng dụng trong rất nhiều thiết bị như là camera, màn hìnhmàu, trong các dây chuyền phân loại sản phẩm dựa theo màu sắc như phân loại

và kiểm tra led, điều khiển quá trình máy dán nhãn và máy in… và đặc biệt làtrong chế tạo các thiết bị đo màu

Trong các thiết bị đo màu thì các cảm biến màu thường hay sử dụng là cảm biếnmàu RGB Cảm biến màu RGB sử dụng các tấm lọc màu Red Green và Blue để

có thể “đọc” được 3 ánh sáng Red, Green và Blue (các ánh sáng cơ bản) từchùm ánh sáng chiếu tới nó

Hình 2.2.18: Cảm biến màu.

* Cảm biến màu TCS3200

Cảm biến màu TCS3200 là một loại cảm biến màu RGB của hãng TAOS có cấutạo bao gồm các photodiode silicon kết hợp với các tấm lọc Red, Green, Blueđồng thời chuyển đổi cường độ của các ánh sáng này sang tần số tương ứng (tần

số ánh sáng tỉ lệ thuận với cường độ của ánh sáng ) tất cả được tích hợp trên mộtchip đơn

Hình 2.2.19: Sơ đồ khối chức năng

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),16photodiode có thể lọc màu xanh lá(Green) và 16 photodiode trắng không lọc (Clear).Tất cả photodiode cùng màu được kết nối song song với nhau ,và được đặt xen kẽ nhau nhằm mục đích chống nhiễu

+ Bản chất của 4 loại photodiode trên như là các bộ lọc ánh sáng có mầu sắckhác 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 2.2.20: Sơ đồ khối chức năng của cảm biến TCS230

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

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

Tần số đầu ra của linh kiện điện tử TCS3200 trong khoảng 2HZ~500KHZ Tần số đầu ra có dạng xung vuông với tần số khác nhau khi mà màu sắc khác nhau và cường độ sáng là khác nhau

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

Ví dụ : Tần số khi S0 = H,S1=H - Fout = 500Khz thì:

S0=H,S1=L -Fout=100Khz

S0=L,S1=H -Fout=10Khz

S0=L,S1=L -Fout=0

- Nguyên lý hoạt động của linh kiện điện tử TCS 3200:

Ánh sáng trắng là hỗn hợp 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 tượng hấp thụ và phản xạ ánh sáng

Ví dụ : Một vật thể có màu sắc đỏ khi được 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 ngược trở lại Và khiến mắt ta nhận biết vật thể đó là màu đỏ.

Màu sắc bất kì được tổng hợp từ 3 mầu cơ bản Blue, Green, Red

2.4 Khối xử lí trung tâm

Đối với khối này thì ta có thể thiết kế bằng nhiều phương pháp : Dùng IC

số rời, dùng vi xử lí hoặc vi điều khiển… Nếu sử dụng vi điều khiển trong khối này, thì có thể mở rộng thiết kế hệ thống giao tiếp với máy tính điều này dễ dàng cho việc điều khiển từ xa, bằng việc thay đổi phần mềm và có thể mở rộng chương trình điều khiển đếm nhiều dây chuyền trong cùng một thời điểm, lưu lạicác số liệu trong các ca sản xuất, đó là lí do mà người thiết kế chọn vi điều khiểntrong khối xử lí trung tâm

Cùng với thời gian, con người đã cho ra đời nhiều loại vi xử lí từ 8 bit đến 64 bitvới cải tiến ngày càng ưu việt nhưng tùy theo mục đích sử dụng mà vi xử lí 8 bitvẫn còn tồn tại Trong cuốn luận văn này người thiết kế sử dụng vi điều khiển

AT mega8 cũng là vi xử lí 8 bit nhưng có chứa bộ nhớ bên trong và có thêm 2

bộ định thời, ngoài ra nó có thể giao tiếp nối tiếp trực tiếp với máy tính, trong khi đó vi xử lí 8 bit như 8085 chỉ giao tiếp được với máy là giao tiếp song song nên cần có vi mạch chuyển đổi dữ liệu từ song song sang nối tiếp để giao tiếp với máy tính Với bộ nhớ trong AT mega8 thích hợp cho những chương trình cóquy mô nhỏ, tuy nhiên AT mega8 có thể kết hợp được với bộ nhớ ngoài cho chương trình có quy mô lớn

2.4.1 Giới thiệu cấu trúc phần cứng AT mega8

a Sơ đồ chân AT mega8

Hình 2.2.20 Sơ đồ chân vi điều khiển AT mega8

b Một vài thông số về vi điều khiển AT mega8

Vi điều khiển Atmega8 có tới 32 thanh ghi dùng chung kết nối trực tiếp với đơn vị xử lý số học (ALU), cho phép truy cập hai thanh ghi độc lập trong một chu kỳ đồng hồ, kết quả là kiến trúc AVR cho tốc độ nhanh hơn 10 lần so với kiến trúc CISC thông thường.

Các thông số cơ bản Vi điều khiển Atmega8: Tốc độ tối đa 16MHz, Dung lượng bộ nhớ chương trình 8KB, Bộ nhớ EEPROM 512 Byte, Dung lượng bộ nhớ RAM 1 KB, 2 Timer 8 bit, 1 Timer 16 bit, 6 kênh ADC 10 bit, Giao tiếp TWI (I2C)/ UART/ SPI, Điện áp hoạt động Atmega8-16PU: 4.5V – 5.5V.

Bộ nhớ chương trình chíp có khả năng ghi 10.000 lần, bộ nhớ EEPROM có thể ghi 100.000 lần Hỗ trợ Bootloader, có khả năng tự ghi vào bộ nhớ chương trình, cập nhật chương trình cho chip mà không cần mạch nạp Ngoài phiên bản chân cắm bạn có thể xem thêm phiên bản chân dán tại đây

c Sơ đồ khối vi điều khiển AT mega8

Hình 2.2.22 Sơ đồ khối vi điều khiển AT mega8

2.4.2 Tính toán-Thiết kế

a Sơ đồ kết nối

Hình 2.2.24: Sơ đồ kết nối vi điểu khiển AT mega8

b Nguyên lý hoạt động

Khi bộ xử lý trung tâm (vi điều khiển) nhận được tín hiệu từ cảm biến thì bộ xử

lý này xử lý tín hiệu và cho ra hiển thị trên LCD các kết quả mong muốn, đồngthời bộ xử lý này cho ra một đường khác để điều khiển hệ thống khí nén

Để bộ xử lý trung tâm họat động được thì cần phải có bộ dao động: Hai tụ điệnC2 , C3 nhấn S1, điện trở R12 và C4 tạo thành bộ Reset cho hệ thống Các nút nhấnS1, S2, S3 có nhiệm vụ Reset cho từng bộ đến

c Tính giá trị linh kiện

Tính phần Reset cho Vi điều khiển

Ta có : T=R11.C3Chọn thời gian Reset là 10ms, C3= 10uF

Chức năng các chân:

Chân

số tên

Chức năng

1 Vss Chân nối đất cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với GND

của mạch điều khiển

2 Vdd Chân cấp nguồn cho LCD, khi thiết kế mạch ta nối chân này với

Vcc=5V của mạch điều khiển

3 Vee Chân này dùng để điều chỉnh độ tương phản của LCD

Chân chọn thanh ghi (Register select)

+ Logic “0”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi lệnh IR của LCD (ở chế độ “ghi” - write) hoặc nối với bộ đếm địa chỉ của LCD (ở chế độ “đọc” - read)

+ Logic “1”: Bus DB0-DB7 sẽ nối với thanh ghi dữ liệu DR bên trong LCD

Chân chọn chế độ đọc/ghi (Read/Write) Nối chân R/W với logic

“0” để LCD hoạtđộng ở chế độ ghi, hoặc nối với logic “1” để LCD ở chế độ đọc

+ Ở chế độ đọc: Dữ liệu sẽ được LCD xuất ra DB0-DB7 khi phát hiện cạnh lên (low- to-high transition) ở chân E và được LCD giữ

ở bus đến khi nào chân E xuống mức thấp

7-14 DD

0-DB

7

Tám đường của bus dữ liệu dùng để trao đổi thông tin với MPU

Có 2 chế độ sử dụng 8 đường bus này :+ Chế độ 8 bit : Dữ liệu được truyền trên cả 8 đường, với bit MSB

là bit DB7