Thiết kế và chế tạo cân thống kê thiết kế và viết phần mềm thống kê năng suất trên máy tính

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết đề tài: “Thiết kế chế tạo cân thống kê – Thiết kế viết phần mềm thống kê suất máy tính” sản phẩm riêng chưa công bố phương tiện Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ MỸ LINH LỜI CẢM ƠN Kính thưa: - Ban giám hiệu trường Đại học Nha Trang - Thầy khoa Cơ Khí Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo – ThS Trần Văn Hùng tận tình giúp đỡ, hướng dẫn em để hoàn thành tốt đề tài: “Thiết kế chế tạo cân thống kê” Do hạn chế kiến thức thời gian nên đồ án cịn nhiều thiếu sót Kính mong thầy đóng góp ý kiến để em học hỏi kinh nghiệm trau dồi kiến thức thêm cho thân, hành trang cho tương lai sau em Bên cạnh đó, em xin gửi tới Thầy (Cơ) Khoa Cơ Khí, Trường Đại học Nha Trang lời cảm ơn chân thành Nhờ quan tâm, dạy dỗ bảo tận tình Thầy (Cơ) để em hồn thành khóa học Kính chúc q Thầy (Cô) luôn khỏe mạch để thực tiếp sứ mệnh cao mình, người dẫn dắt hệ mai sau chạm đến ngưỡng cửa thành công Em xin chân thành cảm ơn! TÓM TẮT KHÓA LUẬN Ngày nay, nhà máy chế biến sử dụng phương pháp thống kê tay để ghi lại khối lượng làm việc công nhân Điều làm giảm suất làm việc toàn nhà máy Thấy thực trạng này, nhóm em thiết kế chế tạo sản phẩm để tự động hóa trình với nhiều ưu điểm vượt trội mang lại suất cao cho nhà máy Đề tài nghiên cứu nhóm em hồn thành việc thiết kế, chế tạo vận hành sản phẩm cân thống kê Khung khí thiết kế, chế tạo chắn, phẳng làm tăng độ xác trình cân Mạch điều khiển thiết kế nhỏ gọn, hoạt động ổn định Các thuật toán xử lý nhanh chóng giúp cho việc nhận lưu trữ liệu diễn nhanh chóng, xác ln cập nhật Giao diện điều khiển đầy đủ chức năng, hiển thị đầy đủ liệu giúp cho người quản lý theo dõi kiểm soát dễ dàng Bố cục đề tài nghiên cứu: Chương 1: Tổng quan cân thống kê Chương trình bày sản phẩm cân thống kê sử dụng thực tế cách tổng quan để làm sở xây dựng ý tưởng cho đề tài Chương 2: Phương pháp nội dung nghiên cứu Chương trình bày sở lý thuyết sử dụng đề tài nội dung thực đề tài Chương 3: Kết nghiên cứu thảo luận Chương đưa đánh giá đề tài, so sánh với mục tiêu ban đầu, nêu ưu, nhược điểm sản phẩm Chương 4: Kết luận hướng phát triển Chương nêu kết thu MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT KHÓA LUẬN MỤC LỤC .4 DANH MỤC BẢNG 12 PHẦN MỞ ĐẦU 13 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÂN THỐNG KÊ 14 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 14 1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP THỐNG KÊ 16 1.2.1 Thống kê tổ, cân cơ, ghi tay 16 1.2.2 Thống kê tổ, cân điện tử, ghi tay 17 1.3 KẾT LUẬN 17 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 18 2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 18 2.1.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 18 2.1.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 19 2.1.3 Yêu cầu sản phẩm 19 2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 19 2.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 20 2.3.1 Cảm biến lực loadcell module đọc loadcell 20 2.3.1.1 Tổng quan loadcell 20 2.3.1.2 Tổng quan module HX711 20 2.3.2 LED 20 2.3.3 Vi điều khiển atmega16 21 2.3.4 Truyền thông RS232 22 2.3.4.1 Tổng quan 22 2.3.4.2 Quá trình truyền liệu 23 2.3.5 Truyền thông USART 24 2.3.6 Ngôn ngữ lập trình C# 25 2.3.7 Công cụ soạn thảo Visual Studio Community 25 2.4 YÊU CẦU HỆ THỐNG 26 2.4.1 Phần cứng 26 2.4.2 Phần mềm 27 2.4.2.1 Phần mềm điều khiển 27 2.4.2.2 Giao diện điều khiển 27 2.5 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 27 2.6 TIẾN HÀNH THIẾT KẾ, CHẾ TẠO 28 2.6.1 Phần khí 28 2.6.1.1 Chế tạo, lắp ráp khung cân đầu cân 28 2.6.1.2 Vật liệu cần dùng 31 2.6.1.3 Các lưu ý hàn Tig 33 2.6.1.4 Tiến hành chế tạo 35 2.6.2 Phần điện điều khiển 40 2.6.2.1 Thiết kế mạch Master mạch LED hiển thị 40 2.6.2.2 Tiến hành chế tạo mạch Master mạch LED 44 2.6.3 Phần mềm 52 2.6.3.1 Phần mềm cho đầu cân 52 2.6.3.2 Phần mềm thống kê suất máy tính 58 2.7 VẬN HÀNH THỬ NGHIỆM CÂN THỐNG KÊ 74 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 75 3.1 THỰC NGHIỆM CÂN KHỐI LƯỢNG VỚI QUẢ CÂN CHUẨN 75 3.2 THỰC NGHIỆM GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN TRÊN MÁY TÍNH 75 3.2.1 Nhận hiển thị khối lượng máy tính 75 3.2.2 Nhận thẻ, hiển thị thông tin thẻ lưu trữ liệu 76 3.2.3 Thống kê, hiển thị lưu trữ liệu 77 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 4.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 79 4.2 NHỮNG VẤN ĐỀ CHƯA ĐẠT ĐƯỢC 79 4.3 KIẾN NGHỊ 79 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Ghi chép số liệu theo phương pháp thủ công 14 Hình 1.2 Cân đếm khối lượng 15 Hình 1.3 Các phận điển hình cân thống kê 15 Hình 2.1 Sơ đồ chân cổng COM RS232 22 Hình 2.2 Cáp kết nối 22 Hình 2.3 Giao tiếp RS232 23 Hình 2.4 Sơ đồ chân vi điều khiển Atmega16 24 Hình 2.5: Ngơn ngữ lập trình C# 25 Hình 2.6 Cơng c ụ soạn thảo Visual Studio Community 25 Hình 2.7 Bản vẽ 3D khung cân 28 Hình 2.8 Khung cân 28 Hình 2.9 Khung cân 29 Hình 2.10 Mặt cân 29 Hình 2.11 Đầu cân 30 Hình 2.12 Cân solidworks 30 Hình 2.13 Thanh v 31 Hình 2.14 Ống Inox 31 Hình 2.15 Tấm Inox 31 Hình 2.16 Thanh la đúc 31 Hình 2.17 Mica đen 32 Hình 2.18 Nhựa Pom 32 Hình 2.19 Bulong lục giác 32 Hình 2.20 Đai ốc 32 Hình 2.21 Bulong lục giác 32 Hình 2.22 Đai ốc 33 Hình 2.23 Nhựa Pom dẻo 33 Hình 2.24 Bulong lục giác chìm 33 Hình 2.25 Long đền 33 Hình 2.26 Phương pháp hàn 34 Hình 2.27 Bảo hộ hàn tig 35 Hình 2.28 Hàn khung cân 35 Hình 2.29 Mối hàn tig 36 Hình 2.30 Hàn chống tải 36 Hình 2.31 Hàn chân c cân 37 Hình 2.32 Trụ gá đầu cân 37 Hình 2.33 Làm nguội sau hàn 38 Hình 2.34 Tẩy màu sau hàn 38 Hình 2.35 Trục nối 39 Hình 2.36 Mặt bàn cân 39 Hình 2.37 Lắp loadcell 40 Hình 2.38 Khung cân 40 Hình 2.39 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn 40 Hình 2.41 Layout c mạch master 42 Hình 2.42 Sơ đồ nguyên lý mạch LED 43 Hình 2.43 Layout mạch LED 43 Hình 2.44 Atmega 16A 44 Hình 2.45 LM7805 44 Hình 2.46 Tụ hóa 44 Hình 2.47 Tụ gốm 104 44 Hình 2.48 Tụ pi 18 44 Hình 2.49 Điện trở 10K 45 Hình 2.50 Diode 45 Hình 2.51 LED Xanh 45 Hình 2.52 Terminal 45 Hình 2.53 LED đoạn số 45 Hình 2.54 Transistor A1015 45 Hình 2.55 Thạch anh 8MHz 46 Hình 2.56 Nút nhấn 46 Hình 2.57 Lược cắm đực 46 Hình 2.58 Phíp đồng 46 Hình 2.59 In mạch lên phíp đồng 46 Hình 2.60 Sau ngâm với FeCl3 47 Hình 2.61 Khoan lắp linh kiện 47 Hình 2.62 Mạch hồn thiện 47 Hình 2.63 Loadcell 48 Hình 2.64 HX711 48 Hình 2.65 PL2303HX 48 Hình 2.66 Đèn báo 48 Hình 2.67 Nút nhấn 48 Hình 2.68 Cơng tắc xoay 49 Hình 2.69 Đầu cose 49 Hình 2.70 Dây co nhiệt 49 Hình 2.71 PG7 49 Hình 2.72 Nguồn 12V 49 Hình 2.73 Dây điện 49 Hình 2.74 Gắn loadcell vào khung 50 Hình 2.75 Đấu dây loadcell, HX711 với mạch master 50 Hình 2.76 Đấu dây vào terminal 51 Hình 2.77: Gắn mạch vào đầu cân 51 Hình 2.78: Hồn thiện đầu cân 51 Hình 2.79 Sơ đồ giải thuật tổng quát 52 Hình 2.80 Sơ đồ giải thuật hiển thị khối lượng LED đoạn 53 Hình 2.81 Sơ đồ lấy giá trị từ HX711 54 Hình 2.82 Sơ đồ giải thuật lấy giá trị từ HX711 55 Hình 2.83 Đồ thị công thức liên hệ khối lượng ADC 56 Hình 2.84 Sơ đồ giải thuật Calibration 57 Hình 2.85 Sơ đồ giải thuật truyền khối lượng lên máy tính 58 Hình 2.86 Giao diện điều khiển 59 Hình 2.87 Tab Cài đặt 60 Hình 2.88 Tab Thống Kê 60 Hình 2.89 Công cụ TabControl 61 Hình 2.90 Bảng hiển thị liệu 61 Hình 2.91 Hiển thị khối lượng 61 Hình 2.92 Tạo nút nhấn 62 Hình 2.93 Cơng cụ DateTimePicker 62 Hình 2.94 Công cụ StatusStrip 62 Hình 2.95 File lưu trữ danh sách công nhân 63 Hình 2.96 File lưu trữ danh sách sản phẩm 63 Hình 2.97 File lưu trữ liệu thống kê 64 Hình 2.98 File lưu trữ liệu thống kê suất 64 Hình 2.99: Các bước đọc liệu từ file 65 Hình 2.100 Tạo SerialPort nhận liệu 66 Hình 2.101 Các thuộc tính Timer 66 10 Bước 4: Sử dụng Control SerialPort để đọc thẻ RFID liệu từ vi điều khiển Hình 2.100 Tạo SerialPort nhận liệu Bước 5: Đọc thẻ RFID - Khai báo định thời timer 100ms Cứ sau 100ms đọc lần Hình 2.101 Các thuộc tính Timer - Kiểm tra kết nối máy tính với đầu đọc thẻ từ hiển thị trạng thái kết nối lên trạng thái - Bắt đầu trình nhận liệu: + Tạo List chứa toàn liệu nhận từ SerialPort cú pháp: List ListRFID_Data = new List(); + Tạo biến tồn cục có tên str_rfid_full để lưu mã RFID nhận từ đầu đọc thẻ cú pháp: string str_rfid_full; 66 + Tạo biến tồn cục có tên “MaThe” để lưu mã thẻ RFID sử dụng cho toàn chương trình + Quá trình đọc thẻ thực kiện Timer_Tick() + Thuật toán nhận thẻ thể qua hình 2.102 Hình 2.102 Giải thuật đọc mã thẻ RFID Hình 2.103: Khung truyền thẻ RFID 67 Với frame truyền liệu gồm start bit stop bit, cần phải tách bit để lấy liệu cần Sử dụng hàm ReadByte Visual Studio để đọc byte buffer Serial Port thực trình tách chuỗi lệnh switch case Chương trình chạy từ đầu đến cuối kiểm tra giá trị switch có giá trị case xét hay khơng Nếu thực lệnh tương ứng sau ngồi Nếu khơng với tất giá trị case thực câu lệnh mặc định sau khỏi lệnh switch Các byte có giá trị nằm ngồi case case 13 lưu vào list Khi gặp byte có giá trị (ký tự bắt đầu ID) thực lệnh case xóa liệu list để tiến hành nhận liệu từ byte tới byte 12 Cứ lưu gặp byte có giá trị 13 (ký tự kết thúc – Enter) thực lệnh case 13 đọc liệu list chuyển đổi thành kiểu char, sau ghép ký tự lại để mã ID đầy đủ lưu vào biến mã RFID Bước 6: Tìm thơng tin cơng nhân, sản phẩm theo thẻ RFID Hình 2.104 Giải thuật tìm thơng tin theo thẻ RFID - Quét thẻ RFID để lấy mã RFID tại, duyệt phần tử list chứa liệu thẻ công nhân, so sánh hai mã thẻ xuất thông tin tương ứng - Thực tương tự với liệu sản phẩm 68 Bước 7: Nhận khối lượng từ Atmega - Các bước thực tương tự đọc thẻ RFID - Thuật toán nhận khối lượng thể qua hình 2.105 Hình 2.105 Giải thuật đọc khối lượng Chuỗi liệu truyền lên từ atmega quy định có dạng @ liệu truyền #: + Nếu giá trị nhận 64 (@) xóa hết biến lưu trữ liệu + Nếu giá trị nhận 35 (#) bắt đầu trình nhận liệu + Nếu khác hai giá trị thực câu lệnh mặc định: lưu liệu nhận vào biến 69 Bước 8: Lưu liệu vào file data.csv Hình 2.106a Lưu hiển thị liệu Đọc thông tin thẻ theo liệu thẻ sản phẩm, khơng có liệu tìm kiếm theo liệu thẻ cơng nhân, khơng có thơng tin cơng nhân thơng báo “Thẻ chưa khai báo” Ngược lại, thẻ có liệu sản phẩm lấy liệu sản phẩm thẻ có liệu cơng nhân lấy liệu cơng nhân 70 Hình 2.106b Lưu hiển thị liệu Nếu thẻ sản phẩm có liệu thẻ cơng nhân có liệu bắt đầu trình lưu liệu vào file hiển thị lên giao diện Ngược lại, thẻ công nhân liệu thơng báo “Qt thẻ cơng nhân” Bước 9: Thống kê liệu - Lấy id công nhân sản phẩm file + Đọc file data.csv + Lưu liệu vào list TKs + Dùng vòng lặp foreach quét list TKs + Lấy tất id cơng nhân sản phẩm có list + Lưu id công nhân id sản phẩm vào hai list khác + Xóa id trùng hai list 71 Hình 2.107: Thống kê liệu Duyệt phần tử ListCN_TK để lấy id công nhân thứ i, duyệt ListSP_TK để lấy id sản phẩm thứ j, duyệt list TKs để lấy id công nhân, id sản phẩm thứ k thời gian thứ k, so sánh, thỏa mãn điều kiện tính tổng khối lượng lấy thông tin thẻ, tiếp tục chạy đến hết phần tử có list TKs, vịng lặp TKs Kiểm tra tổng khối lượng có khác hay khơng, có lưu lại khối lượng hiển thị Lặp lại duyệt hết phần tử ListSP_TK ListCN_TK Cuối trả null 72 c) Hoạt động phần mềm Tab hiển thị: Hình 2.108 Tab hiển thị giao diện - Sau quét thẻ sản phẩm, đặt sản phẩm lên bàn cân để lấy khối lượng quét thẻ công nhân, liệu hiển thị tab Hiển Thị giao diện - Tại tab hiển thị hiển thị thông tin như: tên sản phẩm, tên công nhân, khối lượng, ngày làm việc Tab Cài đặt: Hình 2.109 Tab cài đặt giao diện Khi cân hoạt động kết nối với máy tính giao diện hiển thị khối lượng cân 73 Tab thống kê: Hình 2.110 Tab thống kê giao diện Khi nhấn nút thống kê giao diện hiển thị liệu thống kê theo thời gian chọn 2.7 VẬN HÀNH THỬ NGHIỆM CÂN THỐNG KÊ Sau chạy thử nghiệm, sản phẩm hoạt động yêu cầu đề Sai số nằm giới hạn cho phép Hình 2.110 Chạy thử nghiệm (ngày 16/7/2020) 74 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 THỰC NGHIỆM CÂN KHỐI LƯỢNG VỚI QUẢ CÂN CHUẨN Thực nghiệm kiểm tra độ xác chương trình đọc khối lượng, dùng cân chuẩn chế tạo theo cấp xác M1 (tiêu chuẩn ĐLVN 286:2015) có khối lượng: 5g, 50g, 200g, 500g, 1kg, 2kg Cân thử cân, cân đặt lên bàn cân nhiều vị trí khác lặp lại đến lần Bảng 3.1 Thực nghiệm với cân chuẩn Khối lượng cân (g) Sai số STT Quả cân (g) Lần Lần Lần Lần Lần Lần Trung bình 50 50 49 50 50 51 50 50 0% 200 200 200 199 199 200 199 199.5 0.25% 500 499 499 500 500 500 500 499.6 0.08% 1000 1000 1000 1001 1001 1000 1000 1000.3 0.03% 2000 2001 2002 2001 2001 2000 2001 2001 0.05% 3.2 THỰC NGHIỆM GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN TRÊN MÁY TÍNH 3.2.1 Nhận hiển thị khối lượng máy tính Hình 3.1 Hiển thị khối lượng giao diện Kết cho thấy đồng hiển thị phần cứng phần mềm giống 75 3.2.2 Nhận thẻ, hiển thị thông tin thẻ lưu trữ liệu Hình 3.2 Hiển thị liệu giao diện Hiển thị đầy đủ liệu, xác nhanh chóng Các thuật tốn đọc liệu từ thẻ để lấy thông tin thẻ, nhận khối lượng từ vi điều khiển, truy cập thời gian thực để hiển thị lên liệu hoạt động xác mong muốn Hình 3.3 Lưu trữ liệu vào file Dữ liệu lưu file đầy đủ thơng tin, xác 76 3.2.3 Thống kê, hiển thị lưu trữ liệu Hình 3.4 Hiển thị liệu sau thống kê Thống kê suất làm việc công nhân ngày 22/07/2020 Thống kê xác, đầy đủ Phần mềm tự động thống kê người dùng ấn nút Thời gian thống kê mặc định thời gian hệ thống chạy phần mềm Phần mềm thống kê suất theo sản phẩm Hình 3.5 Lưu trữ liệu sau thống kê vào file Khi ấn nút thống kê, liệu thống kê tự động lưu vào file thống kê 77 Hình 3.6 Thống kê liệu theo ngày Phần mềm cho phép người dùng thống kê suất theo ngày Chọn thời gian thống kê sau nhấn nút, phần mềm tự động đọc liệu để lấy thông tin làm việc ngày chọn sau thống kê lại hiển thị lên giao diện 78 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Sau ba tháng hoàn thiện đồ án giúp đỡ tận tình giảng viên hướng dẫn thầy Trần Văn Hùng với nỗ lực nhóm, sản phẩm hoạt động với mục tiêu ban đầu - Cân hoạt động ổn định - Kết thực nghiệm với lý thuyết - Tốc độ nhanh so với yêu cầu - Sai số so với yêu cầu - Hiển thị nhiều thông số so với yêu cầu 4.2 NHỮNG VẤN ĐỀ CHƯA ĐẠT ĐƯỢC - Đế cân chưa chắn, xảy rung nhẹ sử dụng nút nhấn cân - Phần mềm điều khiển chưa tối ưu - Quản lý file lưu trữ chưa tối ưu 4.3 KIẾN NGHỊ Phát triển phần mềm: - Có tìm kiếm liệu theo tên công nhân, tên sản phẩm - Thống kê theo tên công nhân tên sản phẩm - Lưu trữ thành nhiều file rõ ràng Để cân thống kê ứng dụng phổ biến thực tế, nhóm phát triển thành hệ thống cân thống kê Không dừng lại việc thống kê nguyên liệu đầu vào đầu sản phẩm mà thống kê suất công nhân qua khâu, từ nguyên liệu đầu vào, khâu chế biến cho thành phẩm Nhóm tiếp tục phát triển hoàn thiện cân thống kê tương lai 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO http://www.hocavr.com/ https://visualstudio.microsoft.com/fr/vs/community/ https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/1132222/AVIA/HX711.html http://www.hocavr.com/2018/06/bai-4-timer-counter.html http://www.hocavr.com/2018/06/bai-5-giao-tiep-uart.html 80 ... lưu vào biến sau câu lệnh 2.1.3 Yêu cầu sản phẩm - Thiết kế chế tạo phần khung cho cân thống kê - Thiết kế chế tạo mạch điều khiển - Viết chương trình cho đầu cân - Viết phần mềm thống kê máy tính. .. liệu thống kê Đối tượng nghiên cứu Thiết kế chế tạo cân thống kê Phạm vi nghiên cứu + Thiết kế chế tạo phần khí cho sản phẩm + Thiết kế mạch điều khiển cho toàn sản phẩm + Thiết kế viết phần mềm. .. đầu cân thống kê + Thiết kế viết phần mềm thống kê suất máy tính 13 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÂN THỐNG KÊ 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Cân thiết bị dùng để cân khối lượng sản phẩm, sử dụng rộng rãi sản xuất Để tính